Курсовая работа (т): Двигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором

Двигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт - Энергетический

Направление - Электроэнергетика и электротехника

Кафедра - «Электротехнические комплексы и материалы»

Курсовой проект

на тему: ДВИГАТЕЛЬ АСИНХРОННЫЙ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Выполнил

Исмайлов Э.М.

Томск - 2015

Введение

Асинхронные машины, особенно широко они применяются как электродвигатели, являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. Применение асинхронных двигателей в качестве электропривода подавляющего большинства механизмов объясняется простотой конструкции, надёжностью и высоким значением КПД этих машин.

Важнейшим требованием при изготовлении и проектировании электрических машин является минимальная материалоёмкость. Экономия материалов связана с применением безотходной и малоотходной технологии. Электрические машины с безотходной технологией изготовления имеют преимущества перед обычными машинами в стоимости.

Проектируемая электрическая машина должна иметь высокие показатели (КПД и cosφ). Электрические машины с минимальными потерями позволяют уменьшить вложение материалов в энергосистему. Высокие энергетические показатели электрической машины гарантируют снижение уровня текущих затрат при эксплуатации. Вновь разрабатываемые электрические двигатели должны соответствовать ГОСТ, быть надёжными и иметь срок службы 8 - 10 лет.

С 1946 года асинхронные двигатели выпускаются едиными сериями. Это значительно облегчает выбор, установку, обслуживание и ремонт электрооборудования. В 70-х годах была разработана и внедрена единая серия асинхронных двигателей 4А. Одновременно с конструкцией двигателей разрабатывались электротехническая сталь, провода, изоляция и технология. В 80-х годах организацией социалистических стран «Интерэлектро» разработана новая унифицированная серия асинхронных двигателей АИР, предназначенная для использования во всех странах - членах СЭВ. Машины серии АИР, которые производятся во всех этих странах, отличаются повышенными надёжностью и перегрузочной способностью, расширенным диапазоном регулирования, лучшими массогабаритными и энергетическими показателями, а также улучшенными виброакустическими характеристиками по сравнению с машинами серии 4А. Поэтому в качестве прототипа была выбрана машина серии АИР.

1.      Электромагнитный расчет

- номинальная мощность Вт;

номинальное напряжение В;

частота напряжения сети Гц;

число фаз ;

высота оси вращения мм;

число полюсов ;

Обоснование и выбор основных размеров

Выбираем наружный диаметр сердечника статора [1, с.344 таблица9.9].

При мм,м.

Внутренний диаметр сердечника статора [1, с.344, (9,2)]:

,

где - коэффициент, характеризующий отношения внутренних и внешних диаметров сердечников статоров асинхронных двигателей при различных числах полюсов [1, с.344, таблица 9.9]:().

м.

Полюсное деление τ[1 с.344, (9,3)]:

.

,

где - коэффициент отношения ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению.

Выбираем  [1, с.345 рис. 9.20],

 - КПД двигателя, принимаем  [1, c.345, рис. 9.21],

 - коэффициент мощности, принимаем .

Вт.

Предварительный выбор электромагнитных нагрузок на основании опытных данных нагревостойких двигателей:

Линейная нагрузка: А/м.

Индукция в зазоре:Тл.

Выбираем обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (при ): .

Расчетная длина магнитопровода [1, с.348, (9,6) ]:

,

где k_B - коэффициент формы поля,

,

 - синхронная угловая частота двигателя

рад/с.

м.

Критерием правильности выбора главных размеров служит отношение λ, определяемое по формуле:

На этом выбор основных размеров заканчивается. Для дальнейшего расчета необходимо определить полностью конструктивную длину и длину стали сердечников статора и ротора.

2 Расчет зубцовой зоны и обмотки статора

Выберем предельные значения зубцового деления[1, с.351, рис.,26]:

м;м.

Возможное число пазов статора  [1, с.351, 9,16)]:

.

.

Выбираем окончательно число пазов статора . Выбор обосновывается тем, что число пазов статора в большинстве асинхронных двигателей должно быть кратно числу фаз, а число пазов на полюс и фазу (q) - целым. Обмотки с дробным числом q при сравнительно небольших числах пазов и полюсов, характерных для большинства асинхронных двигателей, приводят к некоторой асимметрии МДС. Большее количество пазов приводит к улучшению рабочих характеристик, но и одновременно к увеличению расхода меди, т.е. стоимость машины при этом повышается.

Проверим величину :

.

Окончательное значение зубцового деления статора [1, с.238]:

м.

Номинальный фазный ток обмотки статора [1, с.352, (9,18)]:

А.

Число эффективных проводников в пазу [1, с.352, (9,17)]:

.

Принимаем тогда окончательное значение числа проводников в пазу, [1, с.352,]:

.

Окончательно принимаем .

Число витков в фазе обмотки статора [1, с.352, (9,20)]:

.

Найдём окончательное значение линейной нагрузки [1, с.353, (9,21)]:

А/м.

Полученное значение сопоставляем с рекомендуемым А/м, Различия не превышают 2 %.

Рассчитаем значение потока [1, с.353, (9,22)]:

 Вб.

Определим значение индукции в воздушном зазоре [1, с.353, (9,23)]:

Тл.

Полученное значение сопоставляем с рекомендуемым Тл, Различия не превышают 2 %.

Значения  и находятся в допустимых пределах к рекомендуемым.

Определение плотности тока

С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки. Увеличение потерь сказывается, во-первых, на повышении температуры обмотки и, во-вторых, на КПД двигателя. Определим допустимую плотность тока в обмотке статора с учётом линейной нагрузки двигателя [1, с.354, (9,25)]:

где  - среднее значение тепловой нагрузки [1, с.354, рис. 9,27] зависящее от , А²/м³.

А/м^2.

Площадь поперечного сечения эффективного проводника предварительно [1, с.353, (9,24)]:

 м^2.

Принимаем число элементарных проводников  [1, с. 354, (9,24)], тогда

 м^2.

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ [с.713, табл. Приложение 28]:_из =0,001 мм - диаметр неизолированного провода ;_эл = 1,539·10^-6 м², тогда

 м².

Уточнённое значение плотности тока в обмотке статора [1, с.356, (9,27)]:

 А /м^2.

Плотность тока в обмотке статора попадает с достаточной степенью точности в полученное предварительно значение, что является критерием правильности произведенных расчетов.

Расчёт зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Выбор формы паза статора.

Рисунок 1 - Трапецеидальные пазы статора

Расчёт зубцовой зоны статора.

Выбираем допустимые значения индукции: в ярме статора -  Тл; в зубцах статора при постоянном сечении - Тл. Выбираем способ изолирования листов - оксидирование, тогда коэффициент заполнения сердечника сталью для статора  [1, с.358, таблица 9,13].

Определим ширину зубцов статора [с.362., формула 9-37]:

м.

Найдём высоту ярма статора [с.356, формула 9-28]:

 м.

Высота шлица h_ш =0,5·10^-3 м, для двигателей с h = 112 мм. Ширина шлица полузакрытых пазов b_ш = 3,5·10^-3 м, [с.363].

Определим размеры паза в штампе [с.362, формулы 9-38, 9-40]:

м;

м;

м

Клиновую часть паза найдём из выражения [с.365, формулы 9-45]:

 м.

 м;

 м;

 м.

Одностороннюю толщину изоляции в пазу b_из = 0,25·10^-3 м [с.77, табл.3-1]-материалпленкостеклопласт изофлекс для класса изоляции B.

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:

 м².

Площадь поперечного сечения прокладок [с.365, формула 9-47]:

, т.к. прокладки нет.

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки [с.365, формула 9-48]:

Подсчитаем коэффициент заполнения паза:

.

Вывод: Полученное значение k_здопустимо для ручной укладки обмотки (k_з= 0,7¸0,74).

2. Расчёт ротора

Воздушный зазор [с.367, рис. 9-31], зависит от D: δ = 0,45·10^-3 м. Правильный выбор воздушного зазора δ во многом определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение, составляющее основную часть МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к соответственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающего тока двигателя, благодаря чему возрастает его cosφ, и уменьшаются потери в меди обмотки статора. Но чрезмерное уменьшение δ приводит к возрастанию амплитуды пульсаций индукции в воздушном зазоре и, как следствие этого, к увеличению поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому КПД двигателей с очень малыми зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше. Необходимо также учесть условие механической прочности так, чтобы прогиб вала не привёл к касанию сердечников ротора и статора.

Число пазов ротора [с.373, табл. 9-18] при 2р=2 и Z₁=18: Z₂ =21. В зависимости от соотношения Z₁ и Z₂ в той или иной степени проявляются синхронные или асинхронные моменты от высших гармоник. Их влияние на момент от первой гармонической приводит к появлению пиков и провалов в результирующей кривой момента. В поле зазора присутствуют также высшие гармоники, порядок которых определенным образом связан с числами пазов и полюсов машины. Эти зубцовые гармоники вызывают шум и вибрацию при работе двигателя в номинальном режиме. Их влияние особо заметно при малых воздушных зазорах. Наилучшие сочетания Z₁ и Z₂ сведены в таблицу 9-18.