Расчет асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА РФ

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ АГРОТЕХНИКИ  И ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

 

по курсу «Электрические машины»

 

ТЕМА: «Расчет асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором»

 

Вариант-7

 

 

ПРОЕКТ ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ: Ермаков В. А.

Группа Эл-461

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: электрификация и автоматизация сельского хозяйства

 

Руководитель _______________ Зелюкин В.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

Орел 2009

Задание

 

1. Асинхронный двигатель с к. з. ротором.
2. Режим работы – продолжительный.
3. По конструктивному исполнению и способу монтажа – IМ1001.
4. Степень защиты – брызгозащищенная IP 44.
5. По способу охлаждения – с естественным охлаждением.
6. Климатическое исполнение двигателя – для  районов умеренного климата У.
7. ; .
8. = 55 кВт,
9. = 490 об/мин,
10. = 0,90
11. =0,75.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

Введение	4
1. Выбор главных размеров	5
2. Определение числа  зубцов статора, числа витков  и сечение провода обмотки  статора	7
3. Размер размеров  зубцовой зоны статора	11
4. Выбор воздушного  зазора	13
5. Расчет ротора	14
6. Расчет намагничивающего  тока	16
Заключение	20
Список использованной литературы	21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Электрические машины в  общем объёме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.

При создании электрической машины рассчитываются размеры статора  и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы  активных и конструктивных частей машины.

Потребность народного хозяйства в асинхронных двигателях очень велика. Они являются основными двигателями в электроприводах практически всех промышленных предприятий.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ.

1.1 Число пар  полюсов двигателя:

р=

где n = - синхронная частота вращения магнитного поля статора двигателя, об/мин

f =50 Гц - частота питающего напряжения

1.2 Высота оси вращения (предварительно) h=315 мм

1.3 Наружный диаметр статора по ГОСТ 13267-73 D_a=0,59 м

1.4 Внутренний диаметр статора:

D=к

D =0,7·0,59=0,413 м

1.5 Полюсное деление:

τ=πD/2p =

м

1.6 Расчетная мощность:

 

P

= Вт

 

1.7 Выбираем электромагнитные  нагрузки А и В_d по диаметру D_а для степени защиты IР44(закрытое обдуваемое) согласно рисунка 1 методички: А=40·10³ А/м; Тл.

 

 

 

 

 

1.8 Расчетная длина воздушного  зазора:

 

= м

где:

А, А/м линейная нагрузка

В_δ,Тл индукция в зазоре (δ)

Ω=2πn /60, рад/сек

1.9 Определяем отношение:

λ=

/τ=0,27/0,216≈1,75

сравниваем с рекомендуемым 1,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА  ЗУБЦОВ СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА, ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЕ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА.

 

2.1 Выбираем зубцовое деление статора по таблице 1.

 

таблица 1

t	0,01-0,012	0,012-0,014	0 0,014-0,016	0.  0,016-0,018
τ	0,1-0,15	0,15-0,2	0,2-0,3	0,3-0,4

 

Выбрано t₁=0,014-0,016

2.2 Число пазов статора 

Число пазов статора  в любой обмотке АД должно быть кратно числу фаз m.

Z

=

Z

=

Выбор окончательного числа  пазов проводят с четкой  увязкой  получаемого при этом q, Z_min<Z₁<Z_max Z₁=72 (см. таблицу 7).

2.3 Число пазов на  полюс и фазу должно быть целым для большинства АД:

q=

 

 

2.4 Уточняем зубцовое  деление

t

= м

Окончательное значение t₁ не должно выходить за пределы, указанные в таблице 1.

2.5 Число эффективных  проводников в пазу U_П должно быть целым, а в двухслойной обмотке кратным двум.

U

=

где а – число параллельных ветвей обмотки

Чтобы округление не было слишком грубым, вначале определяют предварительное число эффективных проводников в пазу U , при условии, а=1.

U

=

А – линейная нагрузка, принятая ранее, А/м; D – внутренний диаметр статора, м; I_1н – номинальный ток обмоток статора, А

I

= А

 

 

2.6 Число витков фазы  обмотки:

w

=

m=3 – число фаз

а=4 - число параллельных ветвей обмотки

2.7 Линейная нагрузка

A=

А/м

2.8 Индукция в воздушном  зазоре

B

= Тл

Ф=

Вб

2.9 Проверяем, чтобы А и В находились в допустимых пределах.

2.10 Плотность тока  в обмотке статора (предварительно)

j

= А/мм²

2.11 Сечение эффективного  проводника (предварительно) определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке:

q

= мм²

где I_1н , A номинальный ток обмотки статора (см. пункт 2.5)

2.12 Исходя их эффективного  сечения проводника по таблице  №4 определяем обмоточный провод  с сечением q_эл.

q

= мм²

n - кол-во элементарных проводников, подбирается такое, чтобы суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника;

q - сечение элементарного проводника подбирается по конкретной марке провода.

2.13 Плотность тока  в обмотке статора (окончательно)

j

= А/мм²

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ  ЗУБЦОВОИ ЗОНЫ СТАТОРА.

Расчет ведется для  всыпной обмотки провода, который может быть уложен в пазы произвольной конфигурации, поэтому размеры зубовой зоны выбирают таким образом, чтобы  параллельные грани имели зубцы, а не пазы статора. Магнитное напряжение зубцов с параллельными гранями оказывается меньше, т.к. поперечное сечение одинаково по высоте всего зубца и нет узких участков с высокой индукцией.

3.1 Ширина зубца:

в = мм

где:

В (см. по 2.8);

t (см. по 2.4);

Кс=0.97 (зависит от марки стали);

B =l.9 Tл (из накопленного опыта расчетов).

3.2 Высота ярма

h

= м

где l – длина воздушного зазора, м (п. 1.8);

B =1.6 Тл (из накопленного опыта расчетов).

3.3 Высота паза:

h

= мм

где D – наружный диаметр статора, мм (п.1.3);

D – внутренний диаметр статора, мм (п.1.4).

3.4 Размеры паза в  штампе

b₁=

мм

b

= мм

где:

b_ш  =3,7мм;.

h_ш=1мм

3.5 Площадь поперечного  сечения паза в штампе

S

= мм²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ВЫБОР ВОЗДУШНОГО  ЗАЗОРА

Чем меньше воздушный  зазор, тем меньше магнитное сопротивление  и тем меньше намагничивающий  ток необходим. Поэтому вырастает cos φ и уменьша- ются потери в меди обмотки статора. С другой стороны уменьшение зазора приводит к увеличению поверхностных потерь и потерь пульсационных, т.е. снижает КПД. Зазор выбирают исходя из минимума суммарных потерь.

 

 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         5 РАСЧЕТ РОТОРА

 

Короткозамкнутые обмотки  роторов, в отличие от всех других существующих обмоток, не имеют определенного числа фаз и полюсов. Обычно принято считать, что каждый стержень обмотки образует одну фазу короткозамкнутой обмотки, поэтому m =Z ; w =1/2

q

=

5.1 Выбираем число пазов  ротора из рекомендуемых.

                                                

5.2 Внешний диаметр  ротора

D₂=D-2δ=413-2·1,12=410,766 мм

5.3 Длина ротора

l₂=l_δ=0,27 м

5.4 Зубцовое  деление

t₂=πD₂/Z₂=

мм

5.5 Внутренний  диаметр ротора равный диаметру  вала

D_j=D_B=k_B · D_a=0,2 · 0,413=0,0826 м

где  k_В = 0,2  (из накопленного опыта расчетов)

5.6 Ток в стержне  ротора

 А

где ν_i - коэффициент приведения обмоток ротора к обмоткам статора.

k_i=0,92 - коэффициент учитывающий влияние тока на намагничивания на отклонение I₁/I₂

5.7 Площадь поперечного  сечения стержня

мм²

где: j₂=2.5∙10⁶ А/м² – плотность тока в стержнях ротора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО  ТОКА.

 

Относительное значение намагниченного тока I^*_µ служит определенным критерием правильности произведенного выбора размеров и обмотки двигателя.

I^*_µ=Iμ/I_1н

6.1 Намагничивающий ток 

где - магнитодвижущая сила (МДС) цепи машины на пару полюсов.

6.2 Для расчета магнитной цепи машины используется закон полного тока.

Интеграл берется по контуру вдоль линии магнитного потока. Интеграл по замкнутому контуру ∫Hi dl вычисляют по участкам, на которые разбивают контур интегрирования. Расчет магнитной цепи производят при x.x., когда ток в обмотке якоря близок или равен нулю.

6.3 МДС на каждом  участке определяется приближенно  при допущении постоянства напряженности  поля в пределах границ каждого  участка. При расчете магнитной  цепи машины задаются индукцией в воздушном зазоре.  Которую мы рассчитали предварительно определяя условные размеры машины.

6.4  Зная индукцию  зазора B_δ определяют поток:

Ф=В_б∙l_δ∙t_i=0,31·0,27·0,013=0,001 Вб

Определив поток, рассчитывают индукцию на основных участках при известной геометрии машины. Вычислив значения индукции в отдельных участках, по таблицам для соответствующего сорта стали определяют напряженность поля на каждом участке.

6.4.1Индукция в зубцах статора и ротора.

 

 

,Тл

 

Тл

 Тл

6.4.2 Индукция в ярме ротора и статора.

                        

                        

где:

Ф - поток рассчитанный ранее;

h_a- расчетная высота ярма статора;

h_j- расчетная высота ярма ротора ;

l_cm1- длина стали сердечника статора;

l_cm2- длина стали сердечника ротора.

Для выбранной конструкции двигателя:

l_δ=l_cm1=l_cm2

6.4.3 М.Д.С. воздушного зазора.

где:

, Гн/м²- магнитная постоянная;

B_δ- индукция в зазоре, найденная в предварительных расчетах;