Электродвигатель трехфазной асинхронный с короткозамкнутым ротором

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ГОУВПО «ВГТУ»)

 

Кафедра электромеханических  систем и электроснабжения

 

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

 

по дисциплине «Специальные электрические  машины»

 

Тема проекта: «Электродвигатель  трёхфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором»

 

Студент группы                                                Павлов Н. Н.                                

Фамилия, имя, отчество

 

Технические условия: Номинальная мощность Р_н=18,1 кВт.

Номинальное напряжение U_н=220/380 В.

Число полюсов 2p=2.

Конструктивное  исполнение и способ монтажа 1М1001.

Исполнение  по степени защиты IP 44.

Режим работы – продолжительный.

Рекомендованная высота оси вращения вала h=160 мм.      

             Содержание и объем проекта  (графические работы, расчеты и  прочее): общий вид (продольный  и поперечный разрез), пояснительная  записка должна содержать электромагнитный, тепловой и вентиляционный расчёты.  Эскизы: пазы статора и ротора  без заполнения; схема обмотки  статора (со звездой пазовых  ЭДС); рабочие и пусковые характеристики.

 

 

Срок защиты курсового проекта          15.05.11. 

 

 

Руководитель                                                                            Королёв Н. И.

                                                         Подпись, дата                Инициалы, фамилия

 

Задание принял студент                                                                 Павлов Н. Н.

                                               Подпись, дата               Инициалы, фамилия

 

Замечания руководителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Техническое задание...............................................................................................2

Замечание руководителя ........................................................................................3

Введение...................................................................................................................5

1. Электромагнитный расчёт..................................................................................6

1.1 Главные размеры……….........................................................................6

1.2 Сердечник  статора……….......................................................................9

1.3 Расчёт размеров зубцовой зоны статора……………………….........14

1.4 Расчёт ротора ........................................................................................18

1.5 Расчёт намагничивающего тока ……………………………………..24

1.6 Параметры  рабочего режима................................................................30

1.7 Расчёт потерь .........................................................................................38

1.8 Расчёт рабочих характеристик……………………………………….44

1.9 Расчёт пусковых характеристик...........................................................47

2. Тепловой расчёт……………………………….……………………………...58

3. Вентиляционный расчёт……………………………………………………...63

Описание конструкции………..…..…………………………………………….64

Заключение………………………………………….……………………………66

Приложение А……………………………………………………………………67

Приложение Б……………………………………………………………………68

Список литературы………………………………………………………………69

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов использующихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее  время  асинхронные двигатели  потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточная медь, изоляция, электрическая сталь и другие затраты.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народно-хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономике материалов и трудовых ресурсов.

В серии 4А  за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2-3 ступени по сравнения с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Главные размеры

 

Внешний диаметр статора:

 

D_a=0,272 м;

 

Внутренний  диаметр статора (K_D=0,57):

 

D=K_D·D_a;

 

D=0,57·0,272=0,155 м;

 

Полюсное  деление:

 

τ=

= =0,2435 м;

 

Определим предварительно:

 

k_Е=0,982;

 

η=0,89;

 

cosφ=0,91;

 

Расчетная мощность:

 

 Вт;

 

Округляем:

 

=22000 Вт.

 

Расчетная длина сердечника:

 

 

k_об.1=0,95 - обмоточный коэффициент;

 

A и B_δ - электромагнитные нагрузки:

 

A=36·10³ А/м;

 

B_δ=0,74 Тл;

 

Примем  предварительно:

 

k_B=1,11;

 

Синхронная  угловая скорость вала двигателя:

 

 рад/с;

 

Выбираем  форму паза – трапецеидальная  полузакрытая, тип обмотки – однослойная из проводов круглого поперечного сечения.

 

 

λ=l_δ/τ;

 

λ=0,1038/0,2435=0,4262;

 

Коэффициент λ входит в допустимый предел значений.

 

Сердечник статора

 

Собирается  из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали  от вихревых токов.

Применим  холоднокатаную изотропную электротехническую сталь марки 2013.

Использую изолирование листов оксидированием.

Предельные  значения зубцовых делений:

 

t_1max=0,017 м;

 

t_1min=0,015 м;

 

Число пазов  статора:

 

z_1min=

 

z_1max=

 

Принимаем: Z₁=30.

Число катушек  на полюс и фазу:

 

q=

 

Зубцовое  деление:

 

t₁=

м.

 

Число эффективных  проводников в пазу, при а=1:

 

;

 

Номинальный ток обмотки статора:

 

А;

 

 

Принимаем =18 и а=2:

 

 

Число витков обмотки статора:

 

W₁=

 

Линейная  нагрузка статора:

 

A=

А/м;

.

 

Магнитный поток:

 

Вб.

 

Индукция  в воздушном зазоре:

 

Тл;

 

 

Значение  плотности тока в обмотке, зависящее  от D_а:

 

AJ=183·10⁹ А²/м³;

 

J=

А/м².

 

Сечение эффективного проводника:

 

q_эф.=I_1н/a·J=33,86/(2·4873622,7)=3,474·10^-6 м²;

 

n_эл.=2;

 

q_эф./n_эл.=1,737;

Принимаем q_эл.=1,539; d_из.=1,485; d_эл.=1,4;

 

q_эл.·n_эл.=1,539·10^-6·2=3,1·10^-6.

 

Окончательное значение плотности тока в обмотке  статора:

 

J=

А/м².

 

 

Рис. 2 Статорная  обмотка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт размеров зубцовой зоны статора

 

Начальные данные:

 

B_z1=1,9;

 

B_a=1,56;

 

K_c=0,97;

 

м;

 

Высота ярма статора:

 

м.

 

Паз статора:

 

м;

 

Ширина паза статора в нижнем основании:

 

м.

 

 

Размеры паза в штампе принимаем:

 

h_ш=1 мм;

 

b_ш=4 мм;

 

 

Расстояние между основаниями паза:

 

м;

 

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

 

 

 

Площадь корпусной  изоляции в пазу:

 

;

 

 Где: b_из=0,4 мм – односторонняя толщина изоляции в пазу;

 

мм²;

 

Площадь поперечного  сечения для размещения проводников:

 

S_пр=0;

 

 

Коэффициент заполнения паза:

 

 

Полученное  значение входит в допустимый предел.

Паз статора  представлен на рисунке 3.

 

Рис. 3 Паз  статора.

 

 

 

 

 

 

Расчет ротора

 

Воздушный зазор δ и число пазов ротора Z₂ принимаем:

 

 

                                            Z₂=22.

 

Внешний и внутренний диаметры сердечника ротора:

 

 

Длина сердечника ротора:

 

l₂=l_δ=0,1038 м.

 

Зубцовое  деление ротора:

 

м.

 

Ток и площадь  поперечного сечения стержня  ротора:

 

;

 

.

 

Паз ротора – грушевидный, закрытый; ширина шлица паза ротора      b_ш=1,5 мм, высота шлица паза ротора h_ш=0,7 мм, мм.

Ширина зубца ротора:

 

 

Основные размеры  паза ротора.

Диаметр большей окружности паза ротора:

 

Диаметр меньшей  окружности паза ротора:

 

Расстояние  между центрами окружностей паза ротора:

 

 

Высота паза ротора:

 

 

Сечения стержня:

 

 

 

 

 

 

 

 

Уточняем плотность тока в стержне:

 

 

Ток в замыкающем кольце:

 

 

Площадь поперечного  сечения короткозамыкающего кольца:

 

 

где: J_кл – плотность тока в замыкающих кольцах:

 

 

 

 

Высота  замыкающего кольца:

 

 

Толщина замыкающего кольца:

 

 

Средний диаметр замыкающих колец:

 

 

Паз ротора представлен на рисунке 4.

Рис. 4 Паз ротора.

Расчёт намагничивающего тока

 

Уточняем  индукцию в зубцах статора:

 

 

Уточняем  индукцию в зубцах ротора:

 

 

Уточняем  индукцию в ярме статора:

 

 

Расчетная высота ярма ротора при отсутствии аксиальных каналов:

 

 

Уточняем  индукцию в ярме ротора:

 

 

Магнитное напряжение воздушного зазора:

 

 

где: k_d – результирующий коэффициент воздушного зазора машины: