Определение числа пазов, числа витков в фазе обмотки статора и сечение провода обмотки статора

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 2Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Содержание

Введение………………………………………………………………………………...4

1 Выбор главных размеров………………………………………………………….5

2 Определение числа пазов, числа витков в фазе обмотки статора и сечение провода обмотки статора ……………………………………………………………6

3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора……………….10

4 Расчет ротора……………………………………………………………………..12

5 Расчет магнитной цепи……………………………………………………………17

6 Расчет параметров рабочего режима……………………………………………21

7 Расчет потерь………………………………………………………………………27

8 Расчет рабочих характеристик…………………………………………………..30

9 Расчет пусковых характеристик…………………………………………………33

10 Тепловой и вентиляционный расчет……………………………………………45

Заключение……………………………………………………………………………49

Список используемых источников………………………………………………….50

Введение

Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важные значения для экономики нашей страны. Они являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства, транспорта и в быту.

При проектировании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция материала активных и конструктивных частей машин. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала наилучшими энергетическими показателями. При этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.

Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400 кВт на напряжение до 1000 В – наиболее широко применяемые электрические машины. На их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, электротехнической стали, изоляционных и конструкционных материалов. Затраты на обслуживание и ремонт асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5 процентов на ремонт и обслуживание всего установленного оборудования. Поэтому создание экономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей задачей.

Курсовой проект выполнен в соответствии с учебным пособием «Проектирование электрических машин» И.П. Копылов.

Выбор главных размеров

1. Высоту оси вращения предварительно определяем по рис. 9.18, a [1], для P₂=18 кВт и 2p=4, равна 0,16 м. Из ряда высот осей вращения по таблице П6.2 принимаем ближайшее стандартное значение h = 0,16 м; внешний диаметр сердечника статора двигателя принимаем по таблице 9.8 [1] равным D_a = 0,280 м.

2. Внутренний диаметр статора:

D = k_D∙D _a,

где – коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и внешнего диаметра сердечника статора. По таблице 9.9 [1] для 2p=4 выбираем равным 0,65.

D= 0,65∙0,280 = 0,182 м.

3. Полюсное деление:

τ = ,

τ = = 0,143 м.

4. Расчетная мощность:

_,

где =18000– мощность на валу двигателя, Вт;

k_E=0,975 – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению. Принимаем по рисунку 9.20 [1];

η=0,88 – предварительное значение коэффициента полезного действия двигателя. Выбираем по рисунку 9.21, а [1];

cos(φ)=0,88 – предварительное значение коэффициента мощности. Выбираем по рисунку 9.21, а [1].

P' = = 22662,7 В·А

5. Предварительный выбор электромагнитных нагрузок по рисунку

9.22, б [1]:

А = 33∙10³ А/м; В_δ = 0,76 Тл

6. Предварительное значение обмоточного коэффициента (для однослойной обмотки):

k_об1 = 0,96.

7. Расчетная длина магнитопровода:

,

где Ω = 2n f / p = 2π∙50/2 = 157 - синхронная угловая частота двигателя, рад/с;

- коэффициент формы поля.

= 0,1630 м

8. Отношение

λ = l_δ /τ = 0,163 /0,143= 1,1399.

Значение λ = 1,1399 находится в допусти­мых пределах (рисунок 9.25, а [1]).

Расчет магнитной цепи

Магнитопровод двигателя выполнен из стали 2013; толщина листов 0,5 мм.

35. Магнитное напряжение воздушного зазора.

Коэффициент воздушного зазора:

k_δ = ,

k_δ = 1,227825,

где

,

=4,416129

F_δ = В_δδk_δ,

F_δ = 0,7727 0,5 10^-3 1,227825= 755,367 А.

36. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора

F_Z1 = 2h_z1H_z1,

F_Z1= 2 0,0231 2070= 95,634 А,

где h_Z1 =h_п1 = 0,0231 м;

расчетная индукция в зубцах:

,

=1,9 Тл.

Так как B'_z1=1,9 Тл, по таблице П1.7 [1] для выбранной стали принимаем H_Z1=2070 А/м.

37. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

F_Z2 = 2·h_z2·H_z2,

F_Z2 = 2 0,0243 1720 = 83.592 А.

Для выбранной формы зубцов ротора:

h_z2 = h_П2 - 0,1·b₂,

h_z2= 0,02475 - 0,1 0,0048 = 0,0243 м;

индукция в зубце:

,

=1,9 Тл.

По таблице П1.7[1] для выбранной стали принимаем Н_Z2 = 1720 А/м.

38. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

,

=1,2373.

39. Магнитное напряжение ярма статора:

F_a = L_а Н_a,

F_a= 0,203 1370 = 277,7 А.

Длина средней магнитной линии в ярме статора:

,

=0,1995 м,

где

,

=0,0259 м.

Индукция в ярме статора:

,

=1,4 Тл.

Для В_а = 1,4 Тл по таблице П1.6 находим Н_а = 586 А/м.

40. Магнитное напряжение ярма ротора:

F_j = L_j H_j,

F_j = 0,0769 96 = 7,3824 А.

Длина силовых линий в ярме ротора:

,

=0,0769 м,

где

,

=0,0335 м.

Индукция в ярме ротора:

,

=0,88 Тл,

где для четырехполюсных машин при 0,7· (0,6 D₂ - h_п2) < D_j:

,

м.

где для B_j = 0,88 Тл по таблице П1.6[1] находим H_j = 96 А/м.

41. Магнитное напряжение на пару полюсов:

F_ц = 755,367+95,634+83,592+116,907+7,3824=1058,882 А.

42. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

k_μ = F_Ц/ F_δ,

k_μ = 1058,882 /755,367 = 1,402.

43. Намагничивающий ток:

,

= 9,30 A.

Относительное значение намагничивающего тока:

I_μ* = I_μ /I_1НОМ,

I_μ* = 9,3/35,22 = 0,2641.

0,18 < I_μ* <0,4 - значение намагничивающего тока находится в допустимых пределах.

Параметры рабочего режима

44. Активное сопротивление обмотки статора:

,

=0,2638Ом.

Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура обмоток принимается равной v _расч = 115° С;

- коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действительного эффекта вытеснения тока;

удельное сопротивление для медных проводников ρ₁₁₅ = 10^-6/41 Ом·м.

Средняя ширина катушки:

,

где - укорочение шага обмотки статора.

=0,1610 м.

Длина вылета лобовой части катушки:

l_выл = К_выл·b_кт + В,

где К_выл = 0,5 - коэффициент вылета для четырехполюсного двигателя с изолированными лобовыми частями обмотки по таблице 9.23[1];

В=0,01 м - коэффициент.

l_выл = 0,5 0,1610 + 0,01= 0,0905 м.

Длина пазовой части обмотки:

L_п1 = l₁ = 0,163 м.

Длина лобовой части катушки:

l_л1 = К_лb_кт + 2В,

где К_л = 1,55 для четырехполюсного двигателя с изолированными лобовыми частями обмотки.

l_л1 = 1,55 0,1610 + 2 0,01 = 0,2696 м.

Средняя длина витка обмотки:

l_ср1 = 2 (l_п1 + l_л1),

l_ср1= 2 (0,163 + 0,2696) = 0,8652 м.

Длина проводников фазы обмотки:

L₁ = l_cp1 w ₁,

L₁= 0,8652 88= 76,1376 м.

Относительное значение r₁:

r_1* = r₁

r_1* =0,2638 = 0,0422.

45. Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора:

r₂ = r_с + ,

r₂ =56,117 10^-6 + = 77,92 10^-6 Ом;

Сопротивление стержней короткозамкнутого ротора:

r_c = ρ₁₁₅ ,

где ρ₁₁₅ = - удельное сопротивление для литой алюминиевой обмотки ротора с учётом пустот при заливке, Ом м;

k_r = 1 - коэффициент увеличения активного сопротивления стержня от действия эффекта вытеснения тока.

r_c = 56,117 10^-6 Ом.

Сопротивление короткозамыкающих колец:

,

= 1,18 10^-6 Ом.

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора:

,

= 77,92 10^-6 = 0,1749 Ом.

Относительное значение

= ,

=0,1749 =0,028.

46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

,

=0,584 Ом.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:

,

где

h₂ = h_п.к. – 2b_из,

h₂= 0,0203 - 2 0,4·10^-3 =0,0195 м.

b₁ = 0,0073 - ширина верхней части паза, м;

h_к = 0,5(b₁ - b_ш),

h_к = 0,5(0,0073 – 0,0037) = 0,0018 м,

h₁ = 0, так как проводники закреплены пазовой крышкой;

κ_β=1, κ_β^/=1;

β_ск=1- при отсутствии скоса пазов;

l'_δ = l_δ = 0,163 м.

=1,519.

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

λ_л1 =0,34 (l_л1 - 0,64βτ),

λ_л1 = 0,34 (0,2696-0,64 0,143) = 1,486.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

λ_д1 = ,

где

,

где для β_cк = 0 и t_z2/t_z1 = 0,015/0,0119 = 1,2606 по рисунку 9.51, д [1] принимается k'_CK = 1,25.

=1,042,

λ_д1 =1,683.

Относительное значение:

x_1* = x₁ ,

x_1* = 0,0935.

47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

,

= 7,9 50 0,163 (2,4076+0,5362+2,046) · = 321,288·10^-6 Ом.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:

,

где

h₀ = h₁ + 0,4b₂,

h₀= 0,0175+ 0,4 0,0048 = 0,01942 м;

b₁ = 0,0077 - ширина верхней части паза, м;

b_ш = 0,0015 - ширина шлица, м;

h_ш = 0,0007 - высота шлица, м;

h'_ш = 0, 0003- толщина перемычки над пазом, м;

q_c = 141,69· - площадь поперечного сечения стержня, м².

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

,

=0,5362.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

,

где

,

где при закрытых пазах Δ_z 0;

=1,005

Коэффициент магнитной проводимости скоса:

,

Приводим Х₂ к числу витков статора:

,

Ом.

Относительное значение:

,

Расчет потерь

48. Потери в стали основные:

Р_ст.осн = р_1,0/50 ,

Р_ст.осн = 310,874 Вт,

где p_1,0/5,0 = 2,5 удельные потери для стали 2013 по таблице 9.28 [1], Вт/кг.

Масса стали ярма:

m_a = π(D_а – h_a)·h_a·l_ст1·k_c1· v _c,

где v _c=7,8 10³ - удельная масса стали кг/м³.

m_a = π(0,28 – 0,0259) 0,0259 0,163 0,97 7,8 10³ = 25,4852 кг.

Масса стали зубцов:

m_z1 = h_z1·b_z1cp·Z₁·l_ст1 ·k_c1· v _c1,

где k_да = 1,6; k_дz= 1,8 - для машин мощностью менее 250 кВт.

m_z1= 0,0231 5 10^-3 48 0,163 0,97 7,8 10³ = 6,8372 кг.

49. Поверхностные потери в роторе:

Р_пов2 =p_пов2(t_z2 - b_ш2)Z₂ l_cт2 ,

Р_пов2= 136,58 (0,015 – 0,0015)·38 0,166 = 11,6 Вт.

Удельные поверхностные потери:

p_пов2 = 0,5 k₀₂ ,

p_пов2 = 252,795 Вт/м²,

где k₀₂ = 1,4 - для шлифованной поверхности ротора.

Индукция в воздушном зазоре над коронками зубцов статора и ротора:

B₀₂ = β₀₂ k_δ B_δ,

где для b_ш/δ =7,4 по рисисунку 9.53[1] принимаем β₀₂ = 0,35.

B₀₂ = 0,37 1,227825 0,7727 = 0,351 Тл

50. Пульсационные потери в зубцах ротора:

P_пул2 ≈ 0,11 ,

= 77,383 Вт.

Амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов:

В_пул2 = ,

= 0,1354 Тл.

Масса стали зубцов ротора:

m_z2 = Z₂ h_z2 b_z2ср l_ст2 k_c2 v _c,

m_z2 = 38 0,0243 0,0065·0,163 0,97 7800 = 7,402 кг.

51. Сумма добавочных потерь в стали:

Р_ст.доб = Р_пов1 + Р_пул1 + Р_пов2 + Р_пул2 ,

где Р_пов1 и Р_пул1 ≈ 0.

Р_ст.доб = 21,138+ 77,383 = 98,521 Вт.

52. Полные потери в стали:

P_ст = Р_ст.осн + Р_ст.доб,

P_ст = 2310,874+ 98,521 = 409,395 Вт.

53. Механические потери:

,

где для двигателей с 2р = 4 коэффициент К_т = 1,3 (1 - D_a) = 1,3 (1 -0,28) = 0,936.

= 0,936 (1500/10)² 0,28⁴ = 129,447 Вт.

54. Холостой ход двигателя:

,

А.

Активная составляющая тока холостого хода:

,

А.

Электрические потери в режиме холостого хода:

Р_э1х.х ≈ 3 I²_μ r₁,

Р_э1х.х = 3 9,3² 0,2638 = 68,448 Вт.

Коэффициент мощности холостого хода:

cos φ_х.х = I_х.х.а / I_х.х,

cos φ_х.х = 0,92/9,35 = 0,098.

Тепловой расчет

64. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

Δ _пов1 = К ,

где по таблице 9.35[1] К = 0,2;

Р'_э.п = k_p P_э1 ,

Р'_э.п =1,07 908.73 2 0,163/0,8652 = 366.37 Вт,

где из таблицы 1 для s = s_ном находим Р_э1 = 908.730 Вт;

по рисунку 9.67, б [1] а ₁ = 110 Вт/м² ºС; k_p = 1,07.

Δ _пов1 = 13.219 ºС.

65. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

,

где

П_п1 = 2h_пк + b₁ + b₂,

П_п1= 2 0,0203 + 0,0073 + 0,0099 = 0,0578 м;

λ_экв = 0.16 Вт/м² для изоляции класса нагревостойкости F;

λ'_экв = 1.15 Вт/(м² °С) находим по рис. 9.69 для d/d_из.

= 2,78 ºС.

66. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

,

где

Р'_э.л1 = k_p P_э1 ,

Р'_э.л1 = 605.97 Вт;

П_л1 - периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки;

b_{из.л1 max} - односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки.

= 0,8 ºС.

67. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над темпе­ратурой воздуха внутри двигателя:

,

= 10.65 ºС.

68. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой возду­ха внутри двигателя:

,

=[(13,219 + 2,78) 2 0,163 + (0,8 + 10.62) 2 0,2696] / 0,8652=13.145 ºС.

69. Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окру­жающей среды:

,

= 1298,43 / (1,18 20) = 55,018 ºС.

Сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме работы и номинальной температуре:

∑Р'_в = ∑Р' - (1 - К)(Р'_э.п1 + P_ст.осн) - 0,9Р_мех,

∑Р'_в = 1956.731 - (1 - 0,2)(366.37 +310.874) - 0,9 129,447 = 1298,43 Вт,

где

,

где ∑P = 2055.9 Вт из таблицы 1 для s = s_ном;

∑Р' = 2055.9 + (1,07 - 1)(908.7 + 508) = 1956.731 Вт.

Эквивалентная охлаждающая поверхность корпуса:

S_rop = (πD_a + 8П_р)(l₁ + 2l_выл1)

S_кop = (π· 0,28 +8 0,32)(0,163 + 2 0,0905) = 1,18 м^2.

70. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окру­жающей среды:

,

= 13.145 + 55.058 = 68.203° С.

71. Проверка условий охлаждения двигателя.

Требуемый для охлаждения расход воздуха:

,

м³/c.

Коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса:

k_m = m' ,

.

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Q'_в =0,6 ,

Q'_в = 0,6 0,28³ = 0,1976 м³/c.

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Заключение

В результате произведенного в данном курсовом проекте электромагнитного расчета был спроектирован асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором удовлетворяющий требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (КПД и ), так и по пусковым характеристикам.

Тепловой расчет показал, что наружный вентилятор обеспечивает необходимый для нормального охлаждения расход воздуха.

Технические данные спроектированного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: мощность P₂ = 18 кВт, номинальное напряжение 220/380 В, число полюсов 2p = 4, номинальное скольжение s=0,027, коэффициент полезного действия η = 0,989, коэффициент мощности cosφ = 0,987, критическое скольжение s_кр=0,164, кратность пускового момента М_п* =1,438, кратность пускового тока I_п*=6,281.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………...4

1 Выбор главных размеров………………………………………………………….5

2 Определение числа пазов, числа витков в фазе обмотки статора и сечение провода обмотки статора ……………………………………………………………6

3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора……………….10

4 Расчет ротора……………………………………………………………………..12

5 Расчет магнитной цепи……………………………………………………………17

6 Расчет параметров рабочего режима……………………………………………21

7 Расчет потерь………………………………………………………………………27

8 Расчет рабочих характеристик…………………………………………………..30

9 Расчет пусковых характеристик…………………………………………………33

10 Тепловой и вентиляционный расчет……………………………………………45

Заключение……………………………………………………………………………49

Список используемых источников………………………………………………….50

Введение

Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важные значения для экономики нашей страны. Они являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства, транспорта и в быту.

При проектировании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция материала активных и конструктивных частей машин. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала наилучшими энергетическими показателями. При этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.

Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400 кВт на напряжение до 1000 В – наиболее широко применяемые электрические машины. На их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, электротехнической стали, изоляционных и конструкционных материалов. Затраты на обслуживание и ремонт асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5 процентов на ремонт и обслуживание всего установленного оборудования. Поэтому создание экономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей задачей.

Курсовой проект выполнен в соответствии с учебным пособием «Проектирование электрических машин» И.П. Копылов.

Выбор главных размеров

1. Высоту оси вращения предварительно определяем по рис. 9.18, a [1], для P₂=18 кВт и 2p=4, равна 0,16 м. Из ряда высот осей вращения по таблице П6.2 принимаем ближайшее стандартное значение h = 0,16 м; внешний диаметр сердечника статора двигателя принимаем по таблице 9.8 [1] равным D_a = 0,280 м.

2. Внутренний диаметр статора:

D = k_D∙D _a,

где – коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и внешнего диаметра сердечника статора. По таблице 9.9 [1] для 2p=4 выбираем равным 0,65.

D= 0,65∙0,280 = 0,182 м.

3. Полюсное деление:

τ = ,

τ = = 0,143 м.

4. Расчетная мощность:

_,

где =18000– мощность на валу двигателя, Вт;

k_E=0,975 – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению. Принимаем по рисунку 9.20 [1];

η=0,88 – предварительное значение коэффициента полезного действия двигателя. Выбираем по рисунку 9.21, а [1];

cos(φ)=0,88 – предварительное значение коэффициента мощности. Выбираем по рисунку 9.21, а [1].

P' = = 22662,7 В·А

5. Предварительный выбор электромагнитных нагрузок по рисунку

9.22, б [1]:

А = 33∙10³ А/м; В_δ = 0,76 Тл

6. Предварительное значение обмоточного коэффициента (для однослойной обмотки):

k_об1 = 0,96.

7. Расчетная длина магнитопровода:

,

где Ω = 2n f / p = 2π∙50/2 = 157 - синхронная угловая частота двигателя, рад/с;

- коэффициент формы поля.

= 0,1630 м

8. Отношение

λ = l_δ /τ = 0,163 /0,143= 1,1399.

Значение λ = 1,1399 находится в допусти­мых пределах (рисунок 9.25, а [1]).

Определение числа пазов, числа витков в фазе обмотки статора и сечение провода обмотки статора

9. Предельные значения зубцового деления t_z1 по рис. 9.26 [1] принимаем равными:

t_z1max = 0,015 м; t_z1min = 0,011 м.

10. Число пазов статора:

Z_1min = ,

Z_2max = .

Окончательное число пазов статора принимаем Z₁ = 48.

Число пазов на полюс и фазу:

q₁ = ,

где m=3 - число фаз.

q₁ =

Обмотка однослойная. Схема для данной обмотки приведена на рисунке 1.

11. Окончательное значение зубцового деления статора:

,

м.

12. Предварительное число эффективных проводников в пазу при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутсвуют:

,

где - номинальный ток статора, А.

А

13. Принимаем а = 1, тогда u_п = а · u'_п = 11 проводников.

14. Окончательное значение числа витков в фазе:

,

Окончательное значение величины линейной нагрузки:

,

А/м.

%

Окончательное значение величины магнитного потока:

Ф = ,

где k_об1 = k_p1 = 0,958 - обмоточный коэффициент для однослойной обмотки с q=4, принятый по таблице 3.16 [1];

f₁=50 - частота сети, Гц.

Вб,

Окончательное значение индукции в воздушном зазоре

12Следующая ⇒

Поделиться:

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?