Расчёт асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Министерство сельского хозяйства  и продовольствия Российской Федерации

Департамент кадровой политики и образования

Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина

Кафедра электроснабжение и электрические  машины

курсовая  работа

по дисциплине «Электрические машины»

Тема: «Расчёт асинхронного двигателя  с короткозамкнутым ротором»

Студент: Попов Антон Александрович  
Группа: 32 Факультет:   энергетический 
Руководитель: профессор Забудский  
   Евгений Иванович  

Москва 2004

 

содержание:

 

Техническое задание

«Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором»

со следующими данными:

1. Номинальная мощность     ;
2. Номинальное напряжение     ;
3. Частота сети       ;
4. Число полюсов       ;

Номинальный КПД      ;

Номинальный коэффициент  мощности   ;

5. Конструктивное исполнение IM1001 [Л.1, с. 23-25].

Условное обозначение конструктивного  исполнения и способа монтажа  электрической машины IM1001 означает – машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и горизонтальным валом; конец вала – цилиндрический.

6. Исполнение по способу защиты от воздействий окружающей среды IP44 [Л.1 с. 27, 28, рис. 1.4; с. 315, 316, рис. 9.7 на с. 319].

Машины исполнения IP44 выполнены защищенными от возможности соприкосновения инструментов, проволоки и других подобных предметов, толщина которых превышает 1 мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь машины предметов, диаметром боле 1 мм (первая цифра 4). Вторая цифра 4 обозначает, что машина защищена от попадания внутрь корпуса водных брызг любого направления. Такие машины называют также закрытыми.

7. Категория климатического исполнения У3 [Л.1 с. 26, 27].

Машины исполнения У3 предназначены  для эксплуатации на суше, реках или озёрах в макроклиматических районах с умеренным климатом (буква У) в закрытых помещениях, в которых колебания температуры и влажности, а также воздействия песка и пыли на машину существенно меньше, чем на открытом воздухе (цифра 3).

Основные разделы курсовой работы

Раздел	Глава 9 [Л.1]	Пример  расчёта [Л.1]	Примечание Ссылки [Л.1]
Выбор главных размеров	с. 340-348	с. 456, 457
Определение , и сечения провода обмотки статора	с. 349-356	с. 457, 458	табл. 3-16 на с. 112, табл. П3.1, П3.2 на с. 713, с. 714 табл. 3.1 на с. 77, с. 78
Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора	с. 356-368	с. 458, 459
Расчёт ротора	с. 368-385	с. 459, 460
Расчёт намагничивающего тока	с. 385-396	с. 461, 462	табл. П1.5, П1.6 и П1.7 на с. 696-698
Параметры рабочего режима	с. 396-411	с. 462-464	формула (5-19) на с.195
Расчёт потерь	с. 411-417	с. 465, 466
Расчёт рабочих характеристик	с. 418-425	с. 466, 467	Аналитический метод расчёта
Расчёт пусковых характеристик	с. 425-440	с. 467-473

Примечание. – расчёт рабочих характеристик осуществляется для значений скольжения «вручную», а для значений и на компьютере [Л.2];

- расчёт пусковых характеристик  осуществляется только для скольжения .

Литература

1. Проектирование электрических машин:  Учебное пособие для вузов / Под ред. И.П. Копылова. – М.: Высшая школа, 2002. – 757 с.
2. Забудский Е.И. Компьютерная Паскаль-программа «Расчёт рабочих характеристик асинхронного двигателя». Методические указания по использованию программы. – Москва: МГАУ им. В.П. Горячкина. Кафедра электроснабжения сельского хозяйства, 2000.
3. ГОСТ 183-74. Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия.
4. ГОСТ 28330-89 Е. Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Общие технические требования.
5. Забудский Е.И. Математическое моделирование управляемых электроэнергетических устройств: Учебное пособие для вузов. – Ульяновск: УлГТУ, 1998. – 120 с.
6. Забудский Е.И. Анализ управляемых электроэнергетических устройств методом конечных элементов: Учебное пособие для вузов. – Москва: МГАУ им. В.П. Горячкина, 1999. – 141 с.
7. Журнал «Электротехника», 1999. №9. Статья: Ахунов Т.А., Макаров А.Н., Попов В.И. «Особенности построения новой серии асинхронных машин», с. 6-10.

Методические рекомендации к курсовой работе

«Расчёт асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»

1. Исполнение двигателя по способу защиты от воздействия окружающей среды – IP44 – для всех вариантов.

Конструктивное исполнение и способ монтажа двигателя – IM1001 – для всех вариантов.

Категория климатического исполнения – У3 – для всех вариантов.

Мощность на валу двигателя в  диапазоне ( ) кВт [Л.1, табл. 9.1 на с. 315].

Напряжение обмотки статора 220 или 380 В. Частота сети 50 Гц или 60 Гц.

Номинальная частота вращения ротора – см. Каталог Владимирского электромоторного завода, 1999, с. 2, 3, 4.

Число полюсов 2р = 2, 4, 6 или 8.

В качестве базовой модели принять  конструкцию асинхронного двигателя  серии 4А.

Информация в пункте 1 предназначена

для преподавателей-руководителей  курсовой работы

2. Обмотка статора. Трёхфазная, однослойная, всыпная [Л.1, с. 71-75; с. 114-118]. К пунктам 7, 10, 15, 16 примера расчёт [Л1., с. 457, 458].

Число полюсов обмотки 2р	Возможное число параллельных ветвей а
2	1
4	1 или 2
6	1 или 3
8	1, 2 или 4

3. Марка провода обмотки статора ПЭТ-155А (круглое сечение) [Л.1, с. 62-65]. К пункту 17 примера расчёта [Л.1, с. 458].
4. Класс изоляции F [Л.1, с. 57, 58].
5. Материал магнитопровода электротехническая сталь марки 2013 (холоднокатаная изотропная), толщина листа 0,5 мм [Л.1, с. 52, табл. 9.13 на с. 358]. К пункту 19 примера расчёта [Л.1, с. 458].
6. Паз статора трапецеидальный [Л.1, рис. 9.29 на с. 361, 362]. К пункту 20 примера расчёта [Л.1, с. 458].
7. Паз ротора трапецеидальный [Л.1, рис. 9.40, а, б на с. 380]. К пункту 33 примера расчёта [Л.1, с. 459].
8. Пазы ротора скошены на одно пазовое деление. [Л.1, с. 409, 410].
9. Алюминиевый сплав для заливки ротора АК10 [Л.1, табл. 2.2 на с. 55].
10. Станина и подшипниковые щиты чугунные литые [Л.1, с. 316].

К пункту 9 примера расчёта [Л.1, с. 457]. Проверить найденное значение отношения по рис. 9.25, а на с. 348 [Л.1].

К пункту 15 примера расчёта [Л.1, с. 457]. Сопоставить найденные значения электромагнитных нагрузок и с данными рис. 9.22, а или рис. 9.22, б [Л.1, с. 340].

К пункту 36 примера расчёта [Л.1, с. 461]. Сопоставить найденные значения коэффициента электромагнитных нагрузок , , , с данными табл. 9.12 [Л.1, с. 357].

К пункту 38 примера расчёта [Л.1, с. 462]. Проверить значение коэффициента насыщения зубцовой зоны . Значение коэффициента должно находится в пределах [Л.1, с. 391, формула (9.115)]. Полученное значение коэффициента позволяет предварительно оценить правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных данных асинхронного двигателя.

К пункту 43 примера расчёта [Л.1, с. 462]. Сопоставить найденное относительное значение намагничивающего тока с рекомендациями, приведёнными на с. 396 [Л.1].

К пункту 56 примера расчёта [Л.1, с. 466]. Сопоставить найденные при расчёте рабочих характеристик значения и со значениями принятыми в начале расчёта асинхронного двигателя (пункт 4 на с. 456 и рис. 9.21, а на с .345 [Л.1]; см. также Каталог Владимирского электромоторного завода, с. 2, 3, 4).

К пункту 58 примера расчёта [Л.1, с. 472]. Сопоставить найденные значения кратностей пускового тока и пускового момента с данными, приведёнными в табл. 9.31 на с 436 [Л.1]. Сопоставить найденное значение кратности максимального момента с данными, приведёнными в ГОСТ 183-74 [Л.3].

Содержание и оформление расчётно-пояснительной записки

соответствуют примеру расчёта  асинхронного двигателя [Л.1, с. 456-473].

В записке приводятся следующие  рисунки:

Рис. 1. Чертеж спроектированного асинхронного двигателя [Л.1, с. 318-319].

Рис. 2. Рабочие характеристики двигателя (см. рис. 9.77 на с. 485 [Л.1]).

Каждый из рисунков выполняется  на отдельном листе миллиметровой  бумаги формата А4 или А3.

Составитель –

профессор Забудский Е.И.

 

Выбор главных  размеров

1. Высота оси вращения (предварительно) по рис.9.18, а . Принимаем ближайшее стандартное значение ; (табл.9.8).
2. Внутренний диаметр статора , — по табл. 9.9.
3. Полюсное деление .
4. Расчётная мощность по (9.4)

 
( — по рис. 9.20; и — по заданию).

5. Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 9.22, б)

; .

6. Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки) .
7. Расчётная длина магнитопровода по (9.6)

 
[ , по (9.5) ].

8. Отношение . Значение находится в допустимых пределах (рис. 9.25).

Определение числа пазов  , числа витков и площади поперечного сечения провода обмотки статора

9. Предельные значения (по рис. 9.26): ; .
10. Число пазов статора по (9.16):

;

.

Принимаем , тогда . Обмотка однослойная.

11. Зубцовое деление статора (окончательно):

.

12. Число эффективных проводников в пазу [предварительно, при условии по (9.17)]

;

(по 9.18)

.

13. Принимаем , тогда по (9.19) проводников.
14. Окончательные значения:

число витков в фазе по (9.20)

;

линейная нагрузка по (9.21)

;

магнитный поток по (9.22)

 
(для однослойной обмотки с по табл. 3.16 ; для по рис. 9.20 );

индукция в воздушном зазоре по (9.23)

.

Значения  и находятся в допустимых пределах (рис. 9.22, а).

15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (9.25). По п.14

( по рис. 9.27, а).

16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно) по (9.24), :

.

17. Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем , тогда . Принимаем обмоточный провод марки ПЭТ–155А (приложение 3), , , .
18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (9.27)

.

Расчёт размеров зубцовой зоны статора  и воздушного зазора

19. Принимаем предварительно по табл. 9.12 ; , тогда по (9.37)

 
(по табл. 9.13 для оксидированной стали марки 2013 );

по (9.28)

.

20. Размеры паза в штампе: (по табл. 9.16); ; (по рис. 9.29, а);

 

по (9.38)

;

по (9.40)

;

по (9.39)

;

по (9.42) — (9.45)

.

21. Размеры паза «в свету» с учётом припуска на сборку по (9.42):

;

;

 
(по табл. 9.14 и ).

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

 
[площадь поперечного сечения прокладок ; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу по (9.46)

, 
где односторонняя изоляция в пазу — по табл. 3.1].

22. Коэффициент заполнения паза по (3.2):

 
(средний диаметр изолированного провода — по табл. П.3.1).

Полученное значение допустимо для механизированной укладки обмотки.

Расчёт ротора

23. Воздушный зазор (по рис. 9.31) .
24. Число пазов ротора (по табл. 9.18) .
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; по (9.102)

 
( — по табл. 9.19).

 

29. Ток в обмотке ротора по (9.57)

, 
где по (9.58) ;

по (9.66)

 
[пазы ротора скошены на одно  зубцовое деление — , тогда

по (3.16)

;

по (3.17)

].

30. Площадь поперечного сечения стержня (предварительно) по (9.68)

 
(плотность тока в стержне литой  клетки принимаем ).

31. Паз ротора определяем по рис. 9.40, а. Принимаем ; .

Допустимая ширина зубца по (9.75)

 
(принимаем по табл. 9.12 — ).

Размеры паза (рис.9.40,а):

по (9.76)

;

по (9.77)

;