Учебная работа. Расчёт и конструирование электрической машины

Расчёт и конструирование электрической машины

Курсовая работа

по электрическим машинам

Содержание

1. Исходные данные

. Определение главных размеров электромагнитных нагрузок

. Определение числа пазов статора, числа витков в фазе обмотки статора и расчет зубцовой зоны статора

. Определение числа пазов ротора. Расчет короткозамкнутой обмотки и зубцовой зоны ротора

. Расчет магнитной цепи статора и ротора

. параметры асинхронного двигателя для номинального режима

. Определение потерь и коэффициента полезного действия

. Расчет рабочих характеристик

. Результаты расчетов

Список использованной литературы

1. исходные данные

Номинальная мощность Р2= 90 кВт

исполнение — закрытое обдуваемое

Линейное напряжение питания сети U1 =380 В

соединение обмотки статора — "треугольник"

Синхронная частота вращения n1 =750 об/мин

Обмотка ротора — короткозамкнутая

Частота питания f1=50Гц

. Определение главных размеров электромагнитных нагрузок

Внутренний диаметр статора непосредственно связан определенными размерными соотношениями, зависящими от числа полюсов, с наружным диаметром статора, в свою очередь определяющим высоту оси вращения, только из стандартных высот, установленных по ГОСТ 13267-73 для серии 4А.

Находим число пар полюсов машины:

(2.1)

Высоту оси вращения предварительно определяем для заданных значений Р2 и 2р в зависимости от исполнения двигателя и принимаем равной h=100 мм. [1].

В зависимости от оси вращения выбираем наружный диаметр статора и внутренний диаметр статора [1].

Находим полюсное

Определяем расчетную мощность асинхронного двигателя по заданной номинальной мощности :

где (большее значение соответствует меньшему числу полюсов).

Предварительные значения коэффициента полезного действия и коэффициента мощности выбираем равным: [1].

Выбираем предварительные значения электромагнитных нагрузок: линейная токовая нагрузка, магнитная индукция в воздушном зазоре [2].

Значения коэффициента полюсного перекрытия и коэффициента формы поля предварительно принимаются равными [2]:

Для двухслойных обмоток при полюсности предварительное Синхронная угловая скорость вала двигателя:

Расчётная длина воздушного зазора:

Правильность выбранных главных размеров и доказываем отношением:

которое находится в заданных пределах для двигателя со степенью защиты IP44 [2].

Для расчётов магнитной цепи определяем полную конструктивную длину стали и длину сердечников статора и ротора.

3. Определение числа пазов статора, числа витков в фазе обмотки статора и расчет зубцовой зоны статора

Число витков фазы обмотки должно быть таким, чтобы линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре как можно ближе совпадали с их значениями, принятыми предварительно при определении главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

Тип обмотки и формы пазов статора выбираются следующими: обмотка статора — однослойная всыпная, пазы статора — трапецеидальные, магнитная индукция при исполнении двигателя со степенью защиты IP44:

Предварительное выбираем равным t1=0,01 м [2].

Число пазов статора:

выбираем ближайшее стандартное пазов [2]

Число пазов на полюс и фазу:

где число фаз статора

Окончательное

Номинальный фазный ток обмотки статора:

Число эффективных проводников на паз:

где число параллельных ветвей

округляем до ближайшего целого

Число витков в фазе обмотки статора:

Окончательное

В зависимости от наружного диаметра и числа пар полюсов определяем значение [3].

Сечение эффективного проводника (предварительно):

Подбираем сечение элементарного проводника и диаметр [3].

Окончательное значение плотности тока в обмотке статора:

где число элементарных проводников

В двигателях серии 4А с высотой оси h=100 мм принимаем систему изоляции класса нагревостойкости — В [2].

По допустимому значению магнитной индукции в зубце статора определяем ширину зубцов:

где коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора и ротора:

Высота спинки статора:

Высота зуба:

наименьшая ширина трапецеидального паза в штампе:

где минимальное значение зубчатого деления:

Наибольшая ширина паза в штампе:

где максимальное значение зубчатого деления:

Среднее значение ширины паза:

Ширину шлица, высоту шлица и угол выбираем следующими:

Высота клиновой части паза при

Площадь поперечного сечения паза в штампе:

где высота паза:

размеры паза в свету определяются с учётом припусков на шихтовку и сборку сердечников и

где

Площадь поперечного сечения паза, занятая обмоткой:

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

где односторонняя толщина корпусной изоляции

При однослойной обмотке площадь прокладок в пазу:

Коэффициент заполнения паза:

где

Одним из важнейших параметров обмотки статора является обмоточный коэффициент, который для основной группы гармоник ЭДС обмотки статора равен:

где коэффициент укорочения, учитывающий уменьшение ЭДС, обусловленное укорочением шага обмотки:

где и

коэффициент распределения, учитывающий уменьшение ЭДС, обусловленное распределением обмотки в пазах:

где зубцовый угол:

Магнитная индукция в воздушном зазоре (уточнённая):

где магнитный поток:

Воздушный зазор для двигателей мощностью при

среднее зубцовое деление:

средняя длина катушки:

где среднее электромагнитный двигатель статор ротор

средняя длина лобовой части катушки:

средняя длина витка обмотки статора:

где длина лобовой части обмотки при h=100 мм:

. Определение числа пазов ротора. Расчет короткозамкнутой обмотки и зубцовой зоны ротора

В двигателе при и [3].

При исполнении двигателя по способу защиты IP44 при h=100 мм, 2p=4 определяем рекомендуемые значения магнитной индукции:

Ширина зубца ротора:

где зубцовое деление определяем по наружному диаметру ротора:

наружный диаметр ротора:

Длина ротора принимается равной длине статора:

ток в стержне ротора:

где коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания от сопротивления обмоток

коэффициент приведения токов:

Площадь поперечного сечения стержня:

где плотность тока в стержнях ротора машин закрытого обдуваемого исполнения при заливке пазов алюминием, выбираем равной —

В асинхронных двигателях с короткозамкнутым роторам серии 4А с высотой оси h=100 мм — пазы имеют узкую прорезь:

Высота перемычки над зазором в двигателях с 2р=4 выполняют равной

Допустимая ширина зуба:

размеры паза.

Диаметр в верхней части паза:

диаметр в нижней части паза:

Полная высота паза:

Сечение стержня:

Плотность тока в стержне:

Размеры коротко замыкающего кольца литой клетки ротора определяются выражениями:

площадь поперечного сечения:

. Расчет магнитной цепи статора и ротора

Магнитная цепь четырех полюсной машины состоит из пяти последовательно соединённых участков: воздушного зазора , зубцовых слоёв статора и ротора, спинки статора . МДС обмотки статора на пару полюсов определяется как сумма магнитных напряжений всех перечисленных участков магнитной цепи:

где МДС воздушного зазора; МДС зубцовой зоны статора;

МДС зубцовой зоны ротора; МДС ярм статора и ротора.

Магнитная индукция в зубце статора:

Магнитная индукция в зубце ротора:

Магнитная индукция ярма статора:

Магнитная индукция ярма статора:

Расчётная высота ярма ротора при посадке сердечника непосредственно на вал в двигателях с

Магнитное напряжение воздушного зазора:

где коэффициент воздушного зазора:

коэффициент воздушного зазора статора:

коэффициент воздушного зазора ротора:

Магнитное напряжение зубцовых зон статора:

где расчётная высота зубца статора:

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

где расчётная высота зубца ротора:

Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

выбранные значения размерных соотношений и обмоточных данных машины являются правильными.

Магнитное напряжение ярма статора:

где длина средней магнитной линии ярма статора:

высота ярма статора:

соответствии с индукцией по кривой намагничивания для спинки марки стали — 2013.

Магнитное напряжение ярма ротора:

где длина средней магнитной линии потока в ярме ротора для двигателей

Магнитное напряжение на пару полюсов:

Коэффициент насыщения магнитной индукции:

Намагничивающий ток:

Относительное значение намагничивающего тока:

. Параметры асинхронного двигателя для номинального режима

Активное сопротивление фазы обмотки статора, приведённое к расчётной рабочей температуре:

где удельное электрическое сопротивление меди при температуре 750 С [4]

где

коэффициент катушки статора при изолированных лентой лобовых частей.

длина вылета прямолинейной части катушек

Средняя длина катушки:

где относительное укорочение обмотки статора

Относительное

Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

где сопротивление стержня:

— удельное электрическое сопротивление литого алюминия при температуре 750С.

полная длина стержня

сопротивление участка, замыкающего кольца между двумя замыкающими стержнями:

Средний диаметр замыкающих колец:

Приведённое активное сопротивление ротора к числу витков обмотки статора:

Относительное

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния фазных обмоток для однослойной обмотки [4].

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

при открытых пазах статора и отсутствии скоса пазов статора или ротора:

где

Относительное значение индуктивного сопротивления:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутых обмоток [4].

коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

коэффициент магнитной проводимости:

где

Приведённое к числу витков статора:

Относительное

7. Определение потерь и коэффициента полезного действия

Потери в асинхронной машине подразделяются на потери в стали, электрические, механические и добавочные потери.

основные потери в стали:

где потери в стали спинки статора:

удельные потери в стали [4].

масса стали спинки статора:

удельная масса стали

потери в стали зубцов статора:

масса стали зубцов статора:

Механические потери:

при и

Добавочные потери асинхронного двигателя принимаются равными 0,5% потребляемой мощности:

Суммарные потери в двигателе:

Коэффициент полезного действия:

. Расчет рабочих характеристик

Сопротивление схемы замещения:

где

Коэффициент схемы замещения:

Активная составляющая тока холостого хода:

Определяем расчётные величины, для построения характеристики:

Для расчёта рабочих характеристик задаём скольжение от 0,005; 0,015; 0,035; 0,045;

. Результаты расчетов

№ п/пРасчётная формулаЕд. изм.Скольжение0,0050,0150,0350,0450,0560,0651Ом1156,2385,4165,2128,5103,2388,942Ом0000003Ом1163,8393172,8136,14110,8796,584Ом11,7211,7211,7211,7211,7211,725Ом1163,9393,2173,2136,6111,4997,296А0,3260,9662,192,783,43,97-110,9980,9970,9940,9938-0,010,030,0680,0860,1050,129А0,4261,0662,292,873,483,9710А1,2431,271,391,481,5971,7111А1,311,662,683,233,834,3212А0,3320,982,232,833,463,9713кВт0,4861,2152,613,273,974,5314кВт0,0390,0620,1620,2350,330,4215кВт0,00180,0160,0830,1340,20,26416кВт0,00230,00380,00980,0140,020,02517кВт0,1870,2260,990,5270,6940,85318кВт0,2990,9892,212,743,283,6819-0,6150,8140,8470,8390,8250,81220-0,3250,6420,8540,890,9090,92

список использованной литературы

1. Проектирование электрических машин. Под. ред. И.Н. Копылова. — М.: Энергия, 1980.

. М.М. Кацман. Расчёт и конструирование электрических машин. — М.: Энергоатомиздат, 1984.

. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. — М.: Высшая школа, 1984.

. Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболевская Е.А. Справочник. Асинхронные двигатели серии 4А. — М.: Энергоиздат, 1982.

. Алексеев А.Е. Конструкция электрических машин. — Л.: Госэнергоиздат, 1985.

Учебная работа. Расчёт и конструирование электрической машины