Расчет размеров сердечника, число пазов и обмотки фазного ротора

Стр 1 из 3Следующая ⇒

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра ЭАПУ

Курсовая работа

На тему: «Асинхронные двигатели с фазным ротором»

По дисциплине: «Электрические машины»

Выполнил: студент

гр. БЭ-06-5 064018

Солтангазин М

Принял: профессор
Шидерова Р.М.

Содержание

Введение 3

Исходные данные 4

I Расчет геометрических размеров и обмоток 4

1 Определение главных размеров и выбор электромагнитных

нагрузок 4

2 Определение числа пазов статора Z₁ и обмотки статора 6

3 Расчет размеров пазов статора 7

4 Расчет размеров сердечника, числа пазов и обмотки

фазного ротора 9

5 Расчет размеров пазов ротора 10

II Определение параметров и рабочих характеристик 11

6 Расчет магнитной цепи 11

7 Активные и индуктивные сопротивления обмоток статора

и ротора 12

8 Потери в стали, механические и добавочные потери 15

9 Рабочие характеристики асинхронного двигателя 19

Заключение 20

Список литературы 21

Введение

Электрическая машина — это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле. Электрические машины применяются в качестве генераторов и двигателей, так как их предназначение связано исключительно с целью взаимного преобразования электрической и механической энергий.

Одним из видов является асинхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. В основном они применяются в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Асинхронные машины применяются в современных электрических установках, машины обратимы и могут работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. Асинхронных двигатели охватывают многие области применения – привод устройств автоматики, бытовых электроприборов, крупного оборудования. Поэтому мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, варьируется от долей ватт до тысяч киловатт. Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц).

В данной курсовой работе, в соответствии с индивидуальным вариантом задания, я буду применять теоретических знания при проектировании электрической машины: асинхронного двигателя с фазным ротором. Проектирование начинается с расчета геометрических размеров и обмоток (внутреннего и внешнего диаметров статора, длины воздушного зазора и т.д.) и заканчивается определением параметров и рабочих характеристик асинхронного двигателя и их построения.

Исходные данные

Номинальная мощность: Р_2н = 5,5 кВт

Исполнение: закрытое IP 44

Линейное напряжение питающей сети: U_1л = 380 В

Соединение обмотки статора: ∆

Синхронная частота вращения: n₁ = 1000 об/мин

Обмотка ротора: фазная

I Расчет геометрических размеров и обмоток

Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок

Расчет асинхронных машин начинают с определения главных размеров:

Внутреннего диаметра статора D ₁ и расчетной длины воздушного зазора l_δ. Внутренний диаметр статора непосредственно связан определенными размерными соотношениями, зависящими от числа полюсов, с наружным диаметром статора D _1Н, в свою очередь определяющим высоту оси вращения h.

В связи с этим выбор главных размеров проводят в следующей последовательности:

1.1 Число пар полюсов:

, 2 p =6.

Высота оси вращения h =132 мм.

1.2 Наружный диаметр сердечника статора и значение коэффициента определяется по значению высоты оси вращения и числа пар полюсов соответственно: D _1Н = 0,225 м.

, выбираем из этого интервала значение .

1.3 Внутренний диаметр сердечника D ₁ рассчитывается по следующей формуле:

1.4 Полюсное деление:

1.5 Расчетная мощность асинхронного двигателя Р_Е, (кВА) определяют по заданной номинальной мощности

Предварительные значения η и cos φ ₁ могут быть взяты по рисунку 1.1, К_Е по рисунку 1.2, а В_δ и А₁ по рисунку 1.3:

η = 86%;

cos φ ₁ = 0,825; К_Е = 0,95;В_δ = 0,9 Тл;А₁= 25,8 А/мм.

1.7 Значения коэффициента полюсного перекрытия α_δ и коэффициента формы поля k_В предварительно принимают равными

_; ;

1.8 Предварительное значение обмоточного коэффициента для двухслойных всыпных обмоток . Выбираем среднее значение .

1.9 Синхронная угловая частота вращения вала двигателя Ω, рад/сек, рассчитывается по формуле

1.10 Расчетная длина воздушного зазора с учетом значения α_δ(м):

1.11 Критерием правильности выбора главных размеров D ₁ и l_δ служит отношение

которое находится в пределах (0,5 – 1,5) м для принятого исполнения двигателя. На этом выбор главных размеров заканчивается.

1.12 Для расчета магнитной цепи, помимо l_δ, необходимо определить полную конструктивную длину и длину стали сердечника статора (l₁ и l_ст1). В асинхронных двигателях, длина сердечников статоров которых не превышает 0,25 – 0,3 м, радиальных вентиляционных каналов не делают. Для такой конструкции

1.13 Стандартная ширина радиального воздушного канала между пакетами b_k =0,01м. Число пакетов n _пак и их длина l_пак связаны с расчетной длиной следующим соотношением

1.14 При этом число радиальных каналов

1.15 Длина стали сердечника статора двигателя

м.

1.16 Конструктивная длина сердечника статора

м.

2 Определение числа пазов статора Z ₁ и расчет обмотки статора

2.1 Тип обмотки статора – однослойная всыпная, форма пазов статора – трапециадальная.

2.2 Число пазов статора

где m ₁ – число фаз обмотки статора (m ₁ = 3);

q ₁ = 3

2.3 Зубцовое деление статора

м.

2.4 Номинальный фазный ток обмотки статора (А)

где при соединении обмотки «∆».

2.5 Число эффективных проводников на паз

где число параллельных ветвей а₁ = 1.

2.6 Число витков в фазе обмотки статора

2.7 Однослойная обмотка выполняется диаметральным шагом

у1=Z1/2p, т.е β=1

2.8 Коэффициент укорочения обмотки

Коэффициент распределения обмотки

По таблице для q=3

Обмоточный коэффициент

2.9 Магнитный поток (Вб)

2.10 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре(Тл)

2.11 Уточное значение линейной нагрузки (А/мм)

м.

2.12 Плотность тока в обмотке статора предварительно выбираем как

Δ₁= 5 А/мм.

2.13 Сечение эффективного проводника фазы (предварительно), (мм²)

2.14 . Так как < , то эффективный проводник выполняют из одного проводника.

По таблице приложения 1 выбирается ближайший по сечению стандартный проводник, этим окончательно определяется сечение элементарного проводника и его диаметр .

2.15 Плотность тока в обмотке статора (уточненное значение)

3 Расчет размеров трапециадального полузакрытого паза обмотки статора

3.1 Ширина зубца b_z ₁по рекомендуемому значению индукции в зубцахB_z ₁

где = 0,97 для h =132 – 250 мм; = 1,95 Тл.

3.2 Высота ярма статора (м)

где = 1,5 Тл.

3.3 Высота зубца (м)

3.4 Высота паза = .

3.5 Ширина шлица должна быть такой, чтобы можно было уложить в пазы катушки по одному проводу. Отсюда ширина шлица

3.6 Высота клина

3.7 Наименьшая ширина паза в штампе (м)

Высота шлица выбирается из промежутка Угол β=45⁰ при высоте оси вращения h ≤250 мм.

3.8 Наибольшая ширина паза в штампе (м)

3.9 Площади поперечного сечения паза в свету (мм²) определяются с учетом припусков на шихтовку и сборку сердечников

где Δ h _П = 0,0001 м; Δ b _П = 0,0001 м.

3.10 Класс изоляции обмотки статора: в двигателях с высотами оси вращения рекомендуется применять систему изоляции класса нагревостойкости В.

3.11 Площадь поперечного сечения пазовой изоляции (мм);,

где =0,4 мм - ее толщина;

для однослойных обмоток коэффициент а = 1

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой (мм)

3.12 Коэффициент заполнения паза

3.13 Полученное значение коэффициента заполнения находится в рекомендуемых пределах .

3.14 После окончательного определения размеров паза необходимо пересчитать индукцию в зубце

3.15 Индукция в ярме статора (Тл)

3.16 Окончательное значение плотности тока

Расчет размеров сердечника, число пазов и обмотки фазного ротора

4.1 Воздушный зазор (м)

Наружный диаметр сердечника ротора (м)

4.2 Внутренний диаметр сердечника ротора (он же диаметр вала) в (м)

4.3 Конструктивная длина сердечника и длина стали сердечника (м)

4.4 Число фаз обмотки статора

4.5 Число пазов на полюс и фазу

4.6 Число пазов ротора

4.7 В двигателях с h ≤ 200мм применяется двухслойная петлевая обмотка с мягкими секциями, которая выполняется из круглого провода и укладывается в полузакрытые трапецидальные пазы.

Расчет числа витков и эффективных проводников в пазу:

4.8 Число витков обмотки (предварительное)

Эффективное число проводников в пазу:

Число параллельных ветвей а₂=1.

Уточненное число витков обмотки:

Уточненное значение Э.Д.С. Е₂

4.9 Ток обмотки ротора .

4.10 Сечение эффективного проводника (предварительно) мм

Для закрытых двигателей (степень защиты IP 44)

4.11 Число элементарных проводников в эффективном проводнике в всыпных обмотках (с мягкими секциями)

4.12 Плотность тока в обмотке ротора (уточненное значение)

Расчет размеров пазов ротора

Расчет размеров трапецеидального полузакрытого паза ротора со всыпной обмоткой производится так же, как и для статора:

5.1 Ширина зубца ротора (м):

где = 1,95 Тл.

5.2 Предварительная высота паза (м) ротора для h < 200 мм

м.

5.3 Минимальная ширина паза

5.4 Ширина шлица

Высота шлица h _ш2=0,0081м

5.5 Высота клиновой части м.

5.6 Максимальная ширина паза

5.7 Площадь поперечного сечения паза

5.8 Класс изоляции обмотки статора: в двигателях с высотами оси вращения рекомендуется применять систему изоляции класса нагревостойкости В.

5.9 Площадь поперечного сечения пазовой изоляции (мм)

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой (мм)

5.10 Коэффициент заполнения паза

5.11 Индукция в ярме ротора (Тл):

5.12 Окончательное значение плотности тока

Расчет магнитной цепи

6.1 МДС на магнитную цепь на пару полюсов определяется как сумма магнитных напряжений всех перечисленных участков магнитной цепи

6.2 Магнитное напряжение воздушного зазора на пару полюсов (А)

где коэффициент воздушного зазора

6.3 Магнитное напряжение зубцового слоя статора (А)

А/м - напряженность магнитного поля в зубцах статора определяется при трапециадальных пазах непосредственно по приложению С, т.к. Bz=1.95Тл (при высоте оси вращения h ≤ 250 мм применяется сталь 2013)