Расчет асинхронного микродвигателя

Министерство  образования и науки Российской Федерации)

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.Туполева

Нижнекамский  институт информационных технологий и  телекоммуникаций.

 

Кафедра электрооборудования

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине «Электрические машины»

Тема: «Расчет  асинхронного микродвигателя»

 

 

 

 

Выполнил студент 

группы 27301 Блюмхен Д.А.

Проверил доцент

_________ Хуснутдинов Р.А.

 

 

 

 

 

Нижнекамск 2010 г.

Содержание

 

Задание на курсовую работу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Расчет трехфазных асинхронных  электродвигателей малой мощности . . . . . . .  5

1. Основные размеры асинхронного электродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Обмотки статора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

3. Ротор с беличьей  клеткой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4. Магнитная система электродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5. Ток холостого  хода электродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6. Ток короткого  замыкания и пусковой момент  электродвигателя . . . . . . . . . 28

7. Потери и  коэффициент полезного действия  электродвигателя . . . . . . . . . . . 30

8. Механическая  и рабочая характеристики электродвигателя . . . . . . . . . . . . . 31

9. Температура  нагрева обмотки статора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Схема статорной  обмотки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Графики механической и рабочей характеристик электродвигателя . . . . . . . . . 40

Размеры рассчитанного асинхронного двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Уровень развития материальной культуры человеческого  общества, в первую очередь, определяется созданием и использованием источников энергии. Почти вся энергия в настоящее время вырабатывается электрическими машинами. Для передачи и распределения электроэнергии требуются трансформаторы и автотрансформаторы. Кроме того, две трети электроэнергии, выработанной на электростанциях, преобразуется различными электропри-водами в механическую энергию.

Потребители –  это различного рода электродвигатели, преобразующие электрическую энергию  в механическую. Основная доля потребления электроэнергии в промышленности приходится именно на различного рода электродвигатели.

Обладая высокими энергетическими показателями и  меньшими, по сравнению с другими  преобразователями энергии, расходами  материалов на единицу мощности, экологически чистые электромеханические преобразова-тели имеют в жизни человеческого общества огромное значение.

С развитием автоматических систем управления все большее значение приобретают электрические микромашины, которые используются в качестве исполнительных двигателей в системах автоматики и телемеханики.

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  трехфазных асинхронных электродвигателей  малой мощности

Исходные данные:

• Число фаз статора – ;
• Мощность на валу – ;
• Напряжение сети –
• Частота сети – ;
• Синхронная частота вращения – ;
• Режим работы двигателя – длительный;
• Исполнение микродвигателя – закрытое;
• Температура окружающего воздуха – ;
• Охлаждение – естественное;
• Исполнение ротора – короткозамкнутое.

 

1. Основные размеры асинхронного электродвигателя

 

Под основными  размерами асинхронного двигателя  понимаются диаметр расточки и длина  пакета статора. Для определения  этих размеров можно воспользоваться  известной формулой машинной постоянной.

Число пар полюсов  двигателя:

Расчетная или  внутренняя электромагнитная мощность асинхронного двигателя  представляет собой произведение числа фаз, тока и э.д.с. обмотки статора при нагрузке. Ее можно определить через потребляемую двигателем мощность из сети следующим образом:

где: – мощность на валу двигателя, Вт;

 – произведение к.п.д.  и коэффициента мощности, выбираемое  предварительно в зависимости  от мощности  на валу и частоты сети ;

 – для асинхронных электродвигателей мощностью менее 600 Вт.

Из  кривой при и   возьмем . Тогда,

Машинная постоянная определяет диаметр расточки статора и расчетную длину его пакета в зависимости от расчетной мощности , синхронной частоты вращения , амплитуды магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки статора . Связь между этими величинами выражается следующим образом:

 
       

где: и

 – отношение  средней индукции в воздушном  зазоре к ее амплитуде;

 – обмоточный коэффициент  статорной обмотки.

Для расчета  возьмем следующие данные:

Диаметр расточки и расчетная длина пакета статора

Для расчета  возьмем  Тогда,

Полюсной шаг

 

2. Обмотки статора

 

В асинхронных  электродвигателях с неявнополюсным статором применяются как однослойные, так и двухслойные петлевые обмотки статора. Однако, наибольшее применение в этих двигателях имеют двухслойные обмотки статора, так как они позволяют производить любое целесообразное сокращение шага катушек в целях ослабления влияния пространственных высших гармоник м.д.с. и уменьшения расхода меди за счет сокращения длины лобовых частей обмотки. В асинхронных двигателях общего применения число пазов, приходящихся на полюс и фазу, обычно делается целым.

Потребляемый  двигателем линейный ток из сети

Фазный ток  определяется в зависимости от схемы соединения фазных обмоток статора. Так как линейное напряжение сети то фазные обмотки статора будут соединятся в «треугольник» и фазный ток будет вычисляется по следующей формуле

 

Число пазов  статора

– число пазов на полюс  и фазу.

При расчете  возьмем  . Тогда,

Окончательное число пазов статора устанавливается  по допустимой из конструктивных соображений  минимальной величине пазового деления  статора

Полюсный шаг  по пазам

Сокращенный шаг  двухслойной обмотки по пазам 

 – целое число,

где: – при ослаблении 5-й и 7-й высших пространственных гармоник в кривой м.д.с. обмотки статора.

При расчете  возьмем  3. Тогда,

После данных расчетов составляем и вычерчиваем схему  обмотки статора.

Коэффициент распределения  обмотки

Где пазовое  деление статора в электрических  градусах

Коэффициент сокращения шага обмотки

Тогда, обмоточный коэффициент

Амплитуда полезного тока в воздушном зазоре двигателя

 

Число витков одной  фазы обмотки статора

где э.д.с. обмотки  статора 

 

Число проводников  в пазу статора

 

Сечение провода

 

где:  – плотность тока в проводниках обмотки статора.

Для расчета  данного двигателя берем   . Тогда,

Сечение и марку  изоляции провода окончательно выбираем по приложению 1:

 

марка изолятора ПЭЛ;

- диаметры провода  по меди и изолированного.

Площадь сечения  паза статора

 

 

 – коэффициент  заполнения паза статора изолированным проводом.

Для расчетов возьмем . Тогда

В асинхронных  двигателях применяются полузакрытые пазы овальной или трапецеидальной  формы с одинаковой шириной зубца  по высоте. В целях ограничения  намагничивающего тока двигателя, открытие или прорез паза статора следует выбирать возможно меньше. Это определяется возможностью укладки в паз проводников обмотки статора через прорезь. Обычно принимается

 

 

При расчете  ротора с беличьей клеткой асинхронных  двигателей большое значение имеет  правильный выбор соотношения между числами пазов статора и ротора в целях уменьшения влияния на пусковые и рабочие свойства этих двигателей различных дополнительных моментов от высших гармоник и магнитного поля в воздушном зазоре.

Во избежание  заметного проявления вредных синхронных и асинхронных моментов от указанных высших гармоник и вибрационных сил одностороннего магнитного притяжения ротора к расточке статора при выборе числа пазов ротора необходимо руководствоваться следующим:

а) Для уменьшения влияния асинхронных моментов от зубцовых гармоник при вращении ротора следует выполнить условие

б) Для снижения влияния синхронных моментов от высших гармоник при пуске двигателя  требуется выполнить неравенства

в) Во избежание  тормозящих синхронных моментов от высших гармоник при вращении ротора необходимо выполнить неравенства

г) Для уменьшения одностороннего притяжения ротора к  расточке статора и радиальных вибрационных сил необходимо удовлетворить неравенствам

В целях уменьшения магнитного шума в малых асинхронных  двигателях число пазов ротора выбирают четными. Для большего же уменьшения влияния вредных асинхронных и синхронных моментов на свойства этих двигателей целесообразно применять в них скос пазов ротора на одно пазовое деление или более.

Для расчета возьмем 

Для определения  размеров паза статора в соответствии с требуемой его площадью , удобнее сначала рассчитать толщину зубца , исходя из максимальной допустимой индукции в нем (по соображениям механической прочности, эта толщина не должна быть менее 1мм). Затем вычерчивается в увеличенном масштабе часть окружности расточки статора с зубцовым шагом и наносятся соответствующая глубина паза , исходя из требуемой площади .

Минимальная допустимая толщина зубца статора

 

где , м – зубцовый шаг.

Максимальная  индукция в зубцах статора трёхфазных асинхронных двигателей общего применения и продолжительного режима работы при промышленной частоте питающей сети может допускаться до Тл. В отдельных случаях возможно некоторое превышение этих значений.

Для расчета  возьмем  Тогда

 

Далее выбираем вид паза статора и рассчитываем его размеры.

Для заданного  примера возьмем трапецеидальный паз статора. Тогда его размеры рассчитываются по формулам:

 

где:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Площадь, занимаемая пазовой изоляцией

 

где: м – толщина пазовой изоляции из лакированной ткани и электрокартона при напряжениях [Приложения 2,3];

        П м – периметр.

Для пазовой  изоляции берем лакоткань электроизоляционную  марки ЛХ2 толщиной и картон электроизоляционной марки ЭВ толщиной

Тогда

 

Площадь, занимаемая клином

 

 

Ширина клина

 

 

Высота клина

 

 

После этого проверяется технологический коэффициент заполнения части паза статора, занимаемой изолированным проводом,