ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Стр 1 из 6Следующая ⇒

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.М. Игнатович, О.П. Муравлев, О.О. Муравлева

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

Рекомендовано в качестве учебного пособия
Редакционно-издательским советом
Национального исследовательского

Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

2010

УДК 621.313.001.6 (075.8) ББК 31.261.8я73 И265

И265

Игнатович В.М. Проектирование электрических машин в вопросах и ответах: учебное пособие / В.М. Игнатович, О.П. Муравлев, О.О. Муравлева; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 108 с.

В учебном пособии представлены вопросы и правильные ответы по дисциплине «Проектирование электрических машин» в пяти главах: общие вопросы проектирования электрических машин; основы конструирования электрических машин; вибрация и шум электрических машин; проектирование асинхронных двигателей общепромышленного назначения и основных модификаций; проектирование машин постоянного тока.

Пособие подготовлено на кафедре «Электрические машины и аппараты» ЭЛТИ Национального исследовательского Томского политехнического университета, соответствует ФГОС ВПО и предназначено для студентов направления «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по специальности «Электромеханика».

УДК 621.313.001

ББК 31.261.8я73

Рецензенты

Кандидат технических наук,
директор по технологии и качеству ОАО «Сибэлектромотор»

А.Э. Гусельников

Кандидат технических наук,
доцент кафедры электротехники и автоматики ТГАСУ

В.М. Педиков

Доктор технических наук,
профессор кафедры ЭПЭО НИ ТПУ
Р. Ф. Бекишев

В В Е Д Е Н И Е

«Проектирование электрических машин» является одной из специальных дисциплин при подготовке специалистов с высшим образованием по специальности «Электромеханика». Под проектированием электрической машины принято понимать: расчет размеров отдельных ее частей, параметров обмоток, рабочих и других характеристик; конструирование электрической машины в целом, а также отдельных деталей и сборочных единиц; оценка технико-экономических показателей спроектированной электрической машины, включая показатели надежности. При этом обосновывается выбор всех используемых материалов, всех принимаемых решений. Спроектированная электрическая машина должна соответствовать своему назначению, быть экономичной при изготовлении и эксплуатации.

Проектирование электрической машины представляет собой сложнейшую задачу. Для ее решения требуются глубокие знания по таким дисциплинам, как «Высшая математика», «Физика», «Прикладная механика», «Теоретические основы электротехники», «Электротехническое материаловедение», «Электрические машины». Очень важны практические навыки, опытные данные и достаточно подробные сведения о назначении машины и условиях, в которых она будет работать. Кроме того, необходимо учесть большое количество факторов, влияющих на эксплуатационные свойства, надежность и себестоимость. Поэтому не спроста считается бесспорным, что электрическая машина – высокоинтеллектуальное электромеханическое устройство.

Использование таких мощных средств, как системы автоматизированного проектирования и конструирования электрических машин, позволяют не только быстро и безошибочно выполнить все многообразие расчетов, но и оптимизировать создаваемую электрическую машину. Однако для постановки задачи оптимизации и проведения всех расчетов требуются в первую очередь глубокие базовые знания и навыки по проектированию электрических машин, сформировать которые, в частности, возможно только при эффективной самостоятельной работе.

В настоящее время в «Национальном исследовательском Томском политехническом университете» вполне достаточно необходимой учебной литературы по дисциплине «Проектирование электрических машин», но методическое обеспечение для организации самостоятельной работы студентов в полном объеме не сформировано. Учебное пособие предназначено для устранения имеющегося пробела, с целью улучшения организации самостоятельной работы студентов, повышения качества подготовки специалистов.

В пособии представлен основополагающий материал по дисциплине в виде вопросов и правильных ответов по следующим разделам:

· - общие вопросы проектирования электрических машин;

· - основы конструирования электрических машин;

· - вибрация и шум электрических машин;

· - проектирование асинхронных двигателей общего применения и их модификаций;

· - проектирование машин постоянного тока.

Учебное пособие может быть полезным как преподавателям, так и студентам. Преподавателям – при организации всех видов контроля учебного процесса: от входного до итогового, вплоть до Государственного междисциплинарного экзамена, включая защиту выпускной квалификационной работы (ВКР). Студентам – при подготовке к контрольным работам, проводимым при изучении дисциплины, к зачету и экзаменам, к защите ВКР.

Особо полезно пособие, по мнению авторов, для студентов, обучающихся дистанционно. Для них довольно-таки не просто освоить «Проектирование электрических машин», так как зачастую нет рядом преподавателя для получения правильного ответа на основополагающие – базовые вопросы, что особенно важно при дефиците времени.

Глава 1

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Вопрос 1.1. Что такое «проектирование электрических машин»?

Ответ:

· расчет размеров отдельных её частей, параметров обмоток, рабочих и других характеристик;

· конструирование электрической машины в целом, а также отдельных деталей и сборочных единиц;

· оценка технико-экономических показателей спроектированной электрической машины, включая показатели надежности.

Вопрос 1.2. Назовите основные тенденции в развитии электромашиностроения.

Ответ:

· использование более нагревостойкой изоляции;

· применение улучшенных марок электротехнической стали;

· усовершенствование охлаждения электрических машин;

· усовершенствование методов расчета электрических машин;

§ улучшение конструкции электрических машин с придачей узлам и деталям эстетических и рациональных форм при уменьшении массы и обеспечения прочности;

· создание энергоэффективных электрических машин.

Вопрос 1.3. Назовите три номинальных напряжения трехфазных двигателей переменного тока до 1000 В.

Ответ: 220,380, 660 В.

Вопрос 1.4. Назовите два номинальных напряжения трехфазных двигателей переменного тока свыше 1000 В.

Ответ: 6000, 10000 В.

Вопрос 1.5. Назовите три номинальных напряжения трехфазных генераторов переменного тока до 1000 В.

Ответ: 230,400, 690 В.

Вопрос 1.6. Назовите номинальные напряжения трехфазных генераторов переменного тока свыше 1000 В.

Ответ: 6300, 10500 В.

Вопрос 1.7. Назовите три номинальных напряжения двигателей постоянного тока.

Ответ: 110,220,440 В.

Вопрос 1.8. Назовите три номинальных напряжения генераторов постоянного тока.

Ответ: 115,230,460 В.

Вопрос 1.9. Что такое «высота оси вращения» электрической машины?

Ответ: Расстояние от оси вращения до опорной плоскости.

Вопрос 1.10. Перечислите установочно-присоединительные размеры электрических машин (IM1001).

Ответ:

· высота оси вращения (h);

· расстояние между осями отверстий под болты в лапах (торцевой вид, b ₁₀);

· диаметр отверстий под болты в лапах (d ₁₀);

· расстояние между осями отверстий под болты в лапах (вид сбоку, ℓ₁₀);

· расстояние от оси ближайшего отверстия в лапе машины до упора (заплечика) свободного конца вала (ℓ₃₁);

· диаметр свободного конца вала (d ₁);

· длина свободного конца вала (ℓ₁).

Вопрос 1.11. Перечислите установочно-присоединительные размеры электрических машин (IM3001).

Ответ:

· расстояние между осями отверстий под болты во фланце (d ₂₀);

· диаметр отверстий под болты во фланце (d ₂₂);

· диаметр фланца наружный (d ₂₄);

· диаметр фланца внутренний (d ₂₅);

· диаметр свободного конца вала (d ₁);

· длина свободного конца вала (ℓ₁).

Вопрос 1.12. Поясните, как условно обозначается степень защиты электрической машины от воздействия окружающей среды.

Ответ: IPХХ, где Х – первая позиция после IP – степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями, находящимися внутри электрической машины, а также степень защиты самой электрической машины от попадания в неё твердых посторонних тел (цифры 0÷6); Х – вторая позиция после IP - степень защиты от проникновения внутрь электрической машины воды (цифры 0÷8).

Вопрос 1.13. Поясните, что такое IP22.

Ответ: Это защищенная электрическая машина. Она защищена от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной ℓ ≤ 80 мм и твердых тел размером > 12 мм, а также от капель воды при наклоне оболочки до 15°.

Вопрос 1.14. Поясните, что такое IP23?

Ответ: Это защищенная электрическая машина. Она защищена от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной ℓ ≤ 80 мм и твердых тел размером > 12 мм, а также от дождя (под углом до 60° от вертикали).

Вопрос 1.15. Поясните, что такое IP44?

Ответ: Это закрытая электрическая машина. Она защищена от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером > 1 мм и от водяных брызг в любом направлении.

Вопрос 1.16. Поясните, как условно обозначаются способы охлаждения электрических машин?

Ответ: IСХ ХХ ХХ, где Х – первая позиция после IС – вид хладоагента (буква латинского алфавита, если воздух, то буква может быть опущена); Х – первая позиция в двух парах цифр – устройство внутренней (внешней) цепи для циркуляции хладоагента (цифры 0÷8); Х –вторая позиция в двух парах цифр – способ его перемещения (цифры 0÷7).

Вопрос 1.17. Поясните, что такое IС01?

Ответ: Это способ охлаждения электрической машины. В качестве хладоагента используется воздух. 0 – устройство цепи для циркуляции хладоагента (свободная циркуляция воздуха); 1 – способ перемещения хладоагента-воздуха (самовентиляция).

Вопрос 1.18. Поясните, что такое IС0141?

Ответ: Это способ охлаждения электрической машины. В качестве хладоагента используется воздух. 0 – устройство внутренней цепи охлаждения для циркуляции хладоагента (свободная циркуляция воздуха); 1 – способ перемещения хладоагента-воздуха (самовентиляция); 4 - устройство наружной цепи охлаждения для циркуляции хладоагента (с помощью наружной поверхности машины).

Вопрос 1.19. Поясните, как условно обозначается исполнение электрической машины по способу монтажа.

Ответ: IМХХХХ, где Х – первая позиция цифрового обозначения - конструктивное исполнение (цифры 1÷9); вторая и третья позиции цифрового обозначения – способ монтажа (пространственное положение электрической машины) и направление выступающего конца вала; четвертая позиция цифрового обозначения – исполнение выступающего конца вала (цифры 0÷7).

Вопрос 1.20. Поясните, что такое IМ1001?

Ответ: Это исполнение электрической машины по способу монтажа. 1 – конструктивное исполнение электрической машины (на лапах с подшипниковыми щитами); 00 – горизонтальное направление выступающего конца вала; 1 - исполнение выступающего конца вала (с одним цилиндрическим).

Вопрос 1.21. Поясните, как условно обозначаются климатические исполнения электрических машин?

Ответ: Одной или двумя прописными буквами русского алфавита.

Вопрос 1.22. Поясните, как условно обозначается климатическое исполнение электрической машины для применения на суше, реках, озерах – общеклиматическое?

Ответ: О (прописная буква русского алфавита) – общеклиматическое исполнение на суше, реках, озерах.

Вопрос 1.23. Поясните, как условно обозначается климатическое исполнение электрической машины для морских судов неограниченного района плавания.

Ответ: ОМ (прописные буквы русского алфавита) – для морских судов неограниченного района плавания.

Вопрос 1.24. Поясните, как условно обозначается климатическое исполнение электрической машины для всех макроклиматических районов на суше и на море.

Ответ: В (прописная буква русского алфавита) – для всех макроклиматических районов на суше и на море.

Вопрос 1.25. Поясните, как условно обозначаются категории размещения электрических машин?

Ответ: Одной цифрой (арабской) после буквенного обозначения климатического исполнения электрической машины.

Вопрос 1.26. Перечислите внешние воздействующие факторы на электрические машины.

Ответ: Климатические, механические, специальные, биологические.

Вопрос 1.27. Перечислите внешние климатические факторы, воздействующие на электрическую машину.

Ответ:

· температура и влажность воздуха;

· давление воздуха или газа (высота над уровнем моря);

· солнечная радиация;

· соляной туман;

· дождь, ветер, пыль (в т.ч. снежная);

· иней, резкая смена температур.

Вопрос 1.28. Назовите нормальные значения таких климатических внешних воздействующих факторов, как температура, относительная влажность воздуха, атмосферное давление.

Ответ:

· температура 25 ± 2,5, °С;

· относительная влажность воздуха 45÷80, %;

· атмосферное давление 84÷106, кПа.

Вопрос 1.29. Назовите факторы внешнего механического воздействия на электрические машины общего назначения.

Ответ:

· размещение при эксплуатации непосредственно на стенах предприятий, фундамента и т.п.;

· при внешних источниках механических воздействий, создающих вибрацию с частотой ≤ 35 Гц;

· при максимальном ускорении ≤ 0.5 g;

· отсутствие ударных нагрузок.

Вопрос 1.30. Что такое «объем активнойчасти» электрической машины?

Ответ: Это пространство, в котором размещены сердечники и пазовые части обмоток.

Вопрос 1.31. Как рассчитать объем активнойчасти электрической машины?

Ответ: , где D_a – наружный диаметр сердечника статора в машине переменного тока и наружный диаметр станины в машине постоянного тока; ℓ - длина сердечника.

Вопрос 1.32. Что называют главными размерами асинхронной машины?

Ответ: D и ℓ_δ, где D – внутренний диаметр сердечника статора; ℓ_δ– расчетная аксиальная длина воздушного зазора.

Вопрос 1.33. Что называют главными размерами машины постоянного тока?

Ответ: D и ℓ_δ , где D – диаметр якоря; ℓ_δ– расчетная аксиальная длина воздушного зазора.

Вопрос 1.34. Что называют электромагнитными нагрузками электрической машины?

Ответ: А и В_δ , где А – линейная нагрузка; В_δ– индукция в воздушном зазоре.

Вопрос 1.35. Что такое линейная нагрузка и что она определяет?

Ответ: Это одна из электромагнитных нагрузок электрической машины, отношение тока всех проводников обмотки к длине окружности πD. Её значение показывает какой ток приходится в среднем на единицу длины окружности воздушного зазора электрической машины.

Вопрос 1.36. Что такое индукция в воздушном зазоре и что она определяет?

Ответ: Это одна из электромагнитных нагрузок электрической машины, определяет магнитный поток машины и, следовательно, уровень индукции в участках магнитной цепи.

Вопрос 1.37. Чем определяются наибольшие допустимые уровни электромагнитных нагрузок конкретной электрической машины?

Ответ: Наибольшие допустимые уровни электромагнитных нагрузок конкретной электрической машины определяются допустимым нагревом активных частей для принятого класса нагревостойкости изоляции обмоток.

Вопрос 1.38. От чего и каким образом зависит объем активной части проектируемой электрической машины?

Ответ: Объем активной части проектируемой электрической машины пропорционален расчетной мощности электрической машины Р^' и обратнопропорционален частоте вращения ротора n, коэффициенту полюсного перекрытия α_δ, коэффициенту формы поля к_В, обмоточному коэффициенту к_об1, линейной нагрузке А, индукции в воздушном зазоре В_δ.

Вопрос 1.39. Объясните, что произойдетс выделяющимися потерями при работеэлектрической машиныодной и той же мощности, но с большим объёмом активной части?

Ответ: Выделяющиеся потери уменьшатся с увеличением объёма активной части, так как в машинеодной и той же мощности, но с большими габаритами меньше электромагнитные нагрузки.

Вопрос 1.40. Что произойдётсо способностьюэлектрической машинырассеивать потери при неизменном превышении температуры обмоток с увеличением объёма активной части?

Ответ: Способность рассеивать потери с увеличением объема активной части возрастает при неизменном превышении температуры обмоток по двум причинам: во-первых, увеличивается поверхность охлаждения; во-вторых, появляется возможность лучшей организации охлаждающей системы.

Вопрос 1.41. Объясните, как повлияет на объем активной частиэлектрической машиныприменение более высокого класса нагревостойкости изоляционных материалов?

Ответ: Применение более высокого класса нагревостойкости изоляционных материаловпозволяет уменьшить габариты и соответственно объём активной части электрической машины.

Вопрос 1.42. Как повлияет на объем активной частиэлектрической машиныиспользование новых электроизоляционных материалов, позволяющих уменьшить толщину изоляции?

Ответ: Объём активной части электрической машины уменьшится, так как за счет уменьшения толщины изоляции можно снизить плотность тока в обмотках, что приведёт к общему уменьшению электрических потерь.

Вопрос 1.43. Как проверить правильность выбора главных размеров электрических машин?

Ответ: Нужно вычислить отношение λ=ℓ_δ/D для машин постоянного тока или λ=ℓ_δ/τ, где τ – полюсное деление для машин переменного тока. Это отношение сравнивается с пределами, рекомендуемыми для принятого исполнения машины.

Глава 2

Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 664; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!