Министерство образования Российской Федерации.

Орский гуманитарно-технологический институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения высшего

профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Механико-технологический факультет

Кафедра: Электроснабжения и электропривода.

Курсовой проект по дисциплине «Электрические машины»

Расчет асинхронного двигателя с фазным ротором.

Пояснительная записка.

ОГТИ 00ЭП022

Руководитель проекта

________ Шахматов Ю.В.

«__»______________2003г

Исполнитель

Студент гр. ЭП-31

________ Пивашов А.

Срок защиты проекта

«__»______________2003г

Орск 2003 г

Содержание.

Стр.

Аннотация.

Введение.

1. Главные размеры.

2. Сердечник статора.

3. Сердечник ротора.

4. Обмотка статора.

5. Размеры элементов обмоток.

6. Обмотка фазного ротора.

7. Расчет магнитной цепи.

8. Активные и индуктивные сопротивления обмоток

9. Расчет режима холостого хода.

10. Расчет параметров номинального режима работы.

11. Круговая диаграмма и рабочие характеристики.

12. Максимальный момент.

13. Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент.

14. Тепловой и вентиляционный расчет.

15. Масса двигателя и динамический момент инерции ротора.

16. Механический расчет вала.

17. Расчет подшипников.

Список использованной литературы.

Аннотация.

Данный курсовой проект содержит 37 страниц, 2 таблицы, 3 рисунка и графическую часть выполненную на одном формате А1.

В курсовом проекте приведен расчет асинхронного двигателя с фазным ротором номинальной мощностью 75 кВт и номинальной частотой вращения 1500 ^об/_мин , питающийся от источника трехфазного синусоидального напряжением 220/380 В частотой 50 Гц.

Введение.

Ускорение научно-технического прогресса требует всемерной автоматизации производственных процессов. Для этого необходимо создавать электрические машины, удовлетворяющие по своим показателям и характеристикам весьма разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства.

В настоящее время отечественной электропромышленностью изготовляются асинхронные двигатели мощностью от 0,12 до 1000 кВт, синхронные двигатели мощностью от 132 до 1000 кВт серий СД2 и СД32 и машины постоянного тока мощностью от 0,37 до 1000 кВт серии 4П. Машины, выпускаемые в нашей стране, обладают высокими технико-экономическими показателями, находящимися на уровне современных ведущих зарубежных фирм.

1 Главные размеры.

1.1 Определяем количество пар полюсов

.

Предварительно принимаем исполнение по защите IP23, со способом охлаждения ICO1.

h=225 мм (по условию)

1.2 По таблицаице 9-2 [1,117] выбираем наружный диаметр сердечника

Dн₁=406 мм.

1.3 Для определения внутреннего диаметра сердечника статора используем зависимость D₁=f(D_н1), приведенную в таблица. 9-3 [1,117] в зависимости от числа полюсов:

D₁=0,68·D_н1-5=0,68·406-5=271 мм (при 2р=4).

1.4 Расчетная мощность электродвигателя:

,

где k_н=0,975 –принимаем по рис 9-1[1,117]

η'=0,925-0,005=0,92 – предварительное значение КПД двигателя

при номинальной нагрузке (принимаем по рис 9-2 [1,118])

cos φ'=0,895-0,01=0,885 – предварительное значение коэффициента

мощности двигателя (принимаем по рис 9-3 [1,119])

.

По таблица. 9-4 [1,119] принимаем форму пазов и тип обмотки статора

Форма паза – трапецеидальная полузакрытая

Тип обмотки – двухслойная

1.5 Предварительное значение электромагнитных нагрузок (определяем по рис 9-4 [1,120]):

.

.

1.6 Предварительное значение обмоточного коэффициента:

.

1.7 Расчетная длина сердечника статора:

.

1.8 Конструктивная длина сердечника статора:

l₁=200 мм.

1.9 Отношение длины сердечника статора к внутреннему диаметру сердечника статора:

.

1.10 Предельно допускаемое отношение длины сердечника статора к внутреннему диаметру сердечника статора(определяем по

таблице 9-6 [1,122]):

.

2 Сердечник статора.

Сердечник статора собираем из отдельных отштампованных листов холоднокатаной изотропной электротехнической стали марки 2013

(т.к. h=225 мм) толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали, от вихревых токов.

Для стали 2013 используем изолирование листов оксидированием.

2.1 Коэффициент заполнения стали :

k_c=0,97.

2.2 Количество пазов на полюс и фазу (принимаем по таблица 9-8 [1,123])

q₁=4.

2.3 Количество пазов сердечника статора:

.

3 Сердечник ротора.

Сердечник ротора собираем из отдельных отштампованных листов холоднокатаной изотропной электротехнической стали марки 2013

(т.к. h=225 мм) толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Для стали 2013 используем изолирование листов оксидированием.

3.1 Коэффициент заполнения стали:

k_c=0,97.

3.2 Величину воздушного зазора выбираем по таблица 9-9 [1,124]:

.

3.3 Наружный диаметр сердечника ротора:

D_н2=D₁-2·δ=271-2·0,85=269,3 мм.

3.4 Внутренний диаметр листов ротора:

D₂≈0,23·D_н1=0,23·406=93,4 мм.

3.5 Длина сердечника ротора:

l₂=l₁=200 мм.

3.6 Количество пазов ротора:

,

где m₂=m₁=3;

q₂=q₁+0,5=4+1=5.

Принимаем: z₂=66/

4 Обмотка статора

Для двигателя принимаем двухслойную обмотку из провода марки ПЭТ-155 (класс нагревостойкости F), укладываемую в трапециидальные полузакрытые пазы.

Обмотку статора выполняем шестизонной; каждая зона равна 60 эл.град.

4.1 Коэффициент распределения при шестизонной обмотки:

;

где .

4.2 Двухслойную обмотку выполняем с укорочением шага:

.

4.3 Диаметральный шаг по пазам:

.

4.4 Коэффициент укорочения:

.

4.5 Обмоточный коэффициент:

.

4.6 Предварительное значение магнитного потока:

.

4.7 Предварительное количество витков в обмотке фазы:

.

4.8 Предварительное количество эффективных проводников в пазу:

;

где а₁=2 – количество параллельных ветвей обмотки статора/

4.9 Уточненное количество витков в обмотке фазы:

.

4.10 Уточненное значение магнитного потока:

.

4.11 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре:

.

4.12 Предварительное значение номинального фазного тока:

.

4.13 Уточненная линейная нагрузка статора:

.

4.14 Среднее значение магнитной индукции в спинке статора принимаем по таблица 9-13[1,130]:

В_с1=1,7 Тл.

4.15 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора:

.

4.16 Среднее значение магнитной индукции в зубцах статора (принимаем по таблица 9-14 [1,130]:

В_з1=1,8 Тл.

4.17 Ширина зубца:

.

4.18 Высота спинки статора:

.

4.19 Высота паза:

.

4.20 Большая ширина паза:

.

4.21 Меньшая ширина паза:

;

где h_ш1=0,5 мм – высота шлица;

- ширина шлица.

4.22 Проверка правильности определения b₁ и b₂ :

4.23 Площадь поперечного сечения паза в штампе:

.

4.24 Площадь поперечного сечения в свету:

где b_c=0,1 мм – припуски на сборку сердечника статора и ротора по

ширине;

h_c=0,1 мм – припуски на сборку сердечника статора и ротора по

высоте.

4.25 Площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

;

где b_и.1=0,4 мм – среднее значение односторонней толщины корпусной

изоляции.

4.26 Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне и под клином:

.

4.27 Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой:

.

4.28 Предварительный коэффициент заполнения паза:

k_п=0,75;

;

где с=7 – количество элементарных проводов в эффективном.

4.29 Диаметр элементарного изолированного провода:

.

По приложению 1 [1,384] находим ближайший стандартизованный диаметр, соответствующий ему диаметр неизолированного провода и площадь поперечного сечения

4.30 Уточненный коэффициент заполнения паза :

.

4.31 Уточняем ширину шлица:

.

Принимаем .

4.32 Плотность тока в обмотке статора:

.

4.33 Уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке:

A₁·J₁=472,48·5,64=2664,78 .

4.34 Допустимый уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке определяем по рис 9-8 [1,133]:

(A₁·J₁)_ДОП=3200 .

5 Размеры элементов обмотки

5.1 Среднее зубцовое деление статора:

.

5.2 Средняя ширина катушки обмотки статора:

.

5.3 Средняя длина одной лобовой части катушки:

.

5.4 Средняя длина витка обмотки:

.

5.5 Длина вылета лобовой части обмотки :

.

6 Обмотка фазного ротора.

Для фазного ротора выбираем прямоугольные полузакрытые пазы. В роторе применяем двухслойную волновую обмотку из медных изолированных стержней прямоугольного поперечного сечения. В пазу располагаем по два стержня.

Следовательно количество проводников в пазу N_п2=2,

количество параллельных ветвей а₂=1

6.1 Количество последовательно соединенных витков обмотки одной фазы:

.

6.2 Шаг обмотки с передней и задней стороны соответственно:

6.6 Шаг в конце обхода ротора:

.

6.7 Коэффициент распределения при шестизонной обмотки:

;

где .

6.8 Укорочение шага:

.

6.9 Коэффициент укорочения:

.

6.10 Обмоточный коэффициент:

.

6.11 Коэффициент трансформации ЭДС и тока:

.

6.12 ЭДС обмотки:

.

6.13 При соединение обмотки ротора в звезду напряжение на кольцах:

.

6.14 Предварительное значение высоты паза ротора( принимаем по таблица 9-20 [1,147]):

.

6.15 Предварительное значение высоты спинки ротора:

.

6.16 Предварительная магнитная индукция в спинке ротора:

.

6.17 Зубцовое деление по наружному диаметру ротора:

.

6.18 Значение индукции в наиболее узком месте зубца (принимаем по таблица 9-19 [1,147]):

.

6.19 Ширина зубца в наиболее узком месте:

.

6.20 Ширина паза:

.

6.21 Размеры стержня по высоте:

;

где h_и.2=4,3 мм – толщина изоляции в пазу ротора по высоте;

h_к.2=2 мм – высота клина;

h_ш.2=1 мм – высота шлица;

hс=0,3 мм .

6.22 Размеры стержня по ширине:

;

где 2b_и.2.=1,4 мм – толщина изоляции в пазу ротора по ширине;

b_с.=0,3 мм.

6.23 По приложению 2 [1,386] выбираем ближайшие стандартные размеры стержня и его сечение:

h_ст=16,8 мм;

b_ст.=1,25·2 мм;

S=20,7·2 мм² .

6.24 Уточненная высота паза:

.

6.25 Уточненная ширина паза:

.

6.26 Уточненное значение высоты спинки ротора:

.

6.27 Уточненная магнитная индукция в спинке ротора:

.

6.28 Уточненная ширина зубца в наиболее узком месте:

.

6.29 Уточненная магнитная индукция в наиболее узком месте:

.

6.30 Уточненное среднее зубцовое деление ротора:

.

6.31 Уточненная средняя ширина катушки обмотки:

.

6.32 Средняя длина лобовой части катушки обмотки:

.

6.33 Средняя длина витка обмотки:

.

6.34 Вылет лобовой части обмотки:

.

7 Расчет магнитной цепи.

7.1 МДС для воздушного зазора.

7.1.1 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора:

.

7.1.2 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора:

.

7.1.3 Общий коэффициент воздушного зазора:

.

7.1.4 МДС для воздушного зазора:

.

7.2 МДС для зубцов трапецеидальных полузакрытых пазах статора

7.2.1 Зубцовое деление на высоты зубца:

.

7.2.3 Коэффициент зубцов:

.

7.2.4 Напряженность магнитного поля находим из приложения 8 [1,395]:

Н_з.1=15,2 .

7.2.5 Средняя длина пути магнитного потока:

L_з.1=h_п.1=32,9 мм.

7.2.6 МДС для зубцов:

.

7.3 МДС для зубцов при прямоугольных пазах ротора.

7.3.1 Зубцовое деление ротора:

.

7.3.2 Зубцовое деление ротора в минимальном сечении зубца:

.

7.3.3 Ширина зубца:

В наиболее узкой части: .

В наиболее широкой части: .

В средней части :.

7.3.4 Магнитная индукция в зубцах ротора:

В наиболее узкой части : .

В наиболее широкой части : .

В средней части :.

7.3.5 Коэффициент зубцов :

В наиболее узкой части : .

В наиболее широкой части : .

В средней части : .

7.3.6 Напряженность магнитного поля :

В наиболее узкой части: Н_з2.макс=50 Тл.

В наиболее широкой части : Н_з2.мин=5,86 Тл.

В средней части : Н_з2.ср=25 Тл.

7.3.7 Среднее значение напряженности магнитного поля в зубцах:

.

7.3.8 Средняя длина пути магнитного потока:

.

7.3.9 МДС для зубцов:

.

7.4 МДС для спинки статора.

7.4.1 Напряженность магнитного поля находим по приложению 11 [1,393]:

Н_с1=11,5 .

7.4.2 Средняя длина пути магнитного потока:

.

7.4.3 МДС для спинки статора:

.

7.5 МДС для спинки ротора.

7.5.1 Напряженность магнитного поля находим по приложению 11 [1,393]:

Н_с2=1,81 .

7.5.2 Средняя длина пути магнитного потока:

.

7.5.3 МДС для спинки статора:

.

7.6 Параметры магнитной цепи.

7.6.1 Суммарная МДС магнитной цепи на один полюс:

.

7.6.2 Коэффициент насыщения магнитной цепи :

.

7.6.3 Намагничивающий ток :

.

7.6.4 Намагничивающий ток в относительных единицах:

.

7.6.5 ЭДС холостого хода:

E=k_H·U₁=0,975·220=214,5 B.

7.6.6 Главное индуктивное сопротивление:

.

7.6.7 Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах:

.

8 Активные и индуктивные сопротивления обмоток.

8.1 Сопротивление обмотки статора.

8.1.1 Активное сопротивление обмотки фазы при 20⁰С :

;

где - удельная электрическая проводимость

меди при 20⁰С .

8.1.2 Активное сопротивление обмотки фазы при 20⁰С в относительных единицах:

.

8.1.3 Проверка правильности определения :

.

8.1.4 Коэффициенты, учитывающие укорочение шага:

;

.

8.1.5 Размеры паза статора

где h_k1 , h₂ – размеры частей обмоток и паза (определяем по

таблица. 9-21 [1,159]);

h₁ – размер обмотки.

8.1.6 Коэффициент проводимости рассеяния:

8.1.7 Коэффициент дифференциального рассеяния статора(принимаем по таблица 9-23 [1,159]):

k_д1=0,0062.

8.1.8 Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния:

.

8.1.9 Коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими гармониками поля статора(определяем по таблица.9-22 [1,159]):

k_p1=0,69.

8.1.10 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:

.

8.1.11 Полюсное деление:

.

8.1.12 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки:

.

8.1.13 Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора:

.

8.1.14 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора:

.

8.1.15 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора в о.е. :

.

8.1.16 Проверка правильности определения :

.

8.2 Сопротивление обмотки фазного ротора.

8.2.1 Активное сопротивление обмотки фазы при 20⁰С :

.

8.2.2 Коэффициент приведения обмотки ротора к обмотке статора :

.

8.2.3 Активное сопротивление обмотки фазы ротора, приведенное к обмотке статора:

.

8.2.4 Активное сопротивление обмотки фазы ротора, приведенное к обмотке статора в о.е. :

.

8.2.5 Коэффициенты, учитывающие укорочение шага:

;

.

8.2.6 Размеры паза ротора:

8.2.7 Коэффициент проводимости рассеяния паза:

8.2.8 Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов ротора на проводимость дифференциального рассеяния:

.

8.2.9 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:

;

где - коэффициент дифференциального рассеяния ,

определяем по рис 9-19 [1,164] .

8.2.10 Полюсное деление:

.

8.2.11 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки:

.

8.2.12 Коэффициент проводимости рассеяния обмотки:

.

8.2.13 Индуктивное сопротивление обмотки фазы ротора:

.

8.2.14 Индуктивное приведенное сопротивление обмотки фазы ротора:

.

8.2.15 Индуктивное приведенное сопротивление обмотки фазы ротора в о.е. :

.

8.2.16 Проверка правильности определения :

.

8.3 Сопротивления обмоток преобразованной схемы замещения двигателя.

8.3.1 Коэффициент рассеяния статора:

.

8.3.2 Коэффициент сопротивления статора:

.

8.3.3 Преобразованные сопротивления обмоток:

9 Расчет режима холостого хода.

9.1 Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении:

.

9.2 Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении:

.

9.3 Расчетная масса стали зубцов статора:

.

9.4 Магнитные потери в зубцах статора:

.

9.5 Масса стали спинки статора:

9.6 Магнитные потери в спинке статора:

.

9.7 Суммарные потери в сердечнике статора, включающие добавочные потери в стали:

9.8 Механические потери:

.

9.9 Активная составляющая тока холостого хода:

.

9.10 Ток холостого хода:

.

9.11 Коэффициент мощности при холостом ходе:

.

10 Расчет параметров номинального режима работы.

10.1 Активное сопротивление короткого замыкания:

.

10.2 Индуктивное сопротивление короткого замыкания:

.

10.3 Полное сопротивление короткого замыкания:

.

10.4 Добавочные потери при номинальной нагрузке:

.

10.5 Механическая мощность двигателя:

.

10.6 Эквивалентное сопротивление схемы замещения:

10.7 Полное сопротивление схемы замещения:

.

10.8 Проверка:

.

10.9 Скольжение:

.

10.10 Активная составляющая тока статора при синхронном вращении:

.

10.11 Ток ротора:

.

10.12 Ток статора:

Активная составляющая :

реактивная составляющая:

фазный:

.

10.13 Коэффициент мощности:

.

10.14 Линейная нагрузка статора:.

.

10.15 Плотность тока в обмотке статора:

.

10.16 Линейная нагрузка ротора:

10.17 Ток фазного ротора :

10.18 Плотность тока в обмотке фазного ротора:

10.19 Электрические потери в обмотке статора и ротора соответственно:

;

.

10.20 Суммарные потери в электродвигателе :

.

10.21 Подводимая мощность :

.

10.22 Коэффициент полезного действия:

.

10.23 Проверка:

подводимая мощность: .

мощность Р₂ : .

11 Круговая диаграмма и рабочие характеристики.

Таблица 1.

Результаты расчета рабочих характеристик.

Условные обозначения	Отдаваемая мощность в долях от номинальной Р2
	0,25	0,5	0,75	1	1,25
Р2 ,кВт	18,75	37,5	56,25	75	93,75
Рд , Вт	101,8	203,6	305,4	407,6	509
,Вт	19463	38315	57167	76019	94870
RH , Ом	7,23	3,54	2,27	1,61	1,2
zH .Ом	7,35	3,66	2,4	1,75	1,35
S	0,0085	0,0172	0,0266	0,037	0,049
, А	29,93	60,11	92	125,71	163
Ia1, А	32,96	62,04	93,4	125,76	160,5
Ip1, А	35,17	39,1	46	57,49	74,1
I1, А	48,2	73,3	104,11	138,3	176,8
Cos φ	0,68	0,846	0,897	0,91	0,9
PM1, Вт	313,6	725,34	1463,25	2582	4219,86
PM2, Вт	166,62	672,06	1574,3	2939	4941,83
PΣ, Вт	2398,86	3417,84	5159,79	7745,44	11487,53
P1, Вт	21148,86	40917,84	61409,79	82745,44	105237
η ,%	88,6	91,6	91,59	91	89