МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ
ОРЛОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра: «Електрообладнання та енергозбереження»
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
з дисципліни «Електричні машини»
для спеціальності 140610
«Електрообладнання і електрогосподарство підприємств, організацій та установ»
Тема: Розрахунок асинхронного електродвигуна
Виконав
Група
Керівник Загрядцкій В.І.
Орел, 2007

Головні розміри

Кількість пар полюсів

Висота обертання осі
h = 180мм
Обертаючий момент на валу

За значенням h визначаю гранично допустимі значення D _{Н1 max,} припуски на штампування :
D _{Н1 max} = 322мм
= 7мм
Двигун з h = 180мм виконується з литою станиною.
Внутрішній діаметр сердечника статора

Коефіцієнт k _н = 0,945
Визначаю попередньо і
= 0,87, = 0,82
Розрахункова потужність
Вт
Розрахункова довжина сердечника

- Обмотувальний коефіцієнт
і - Електромагнітні навантаження

Вибираю форму паза - трапецеїдальних напівзакрита, тип обмотки - двошарова з проводів круглого поперечного перерізу.

Визначаю довжину осердя при відсутності радіальних вентиляційних каналів


, , < ,
умова виконується

Сердечник статора

Збирається з окремих відштампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0.5мм, що мають ізоляційні покриття для зменшення втрат в сталі від вихрових струмів.
Застосовую холоднокатану ізотропну електротехнічну сталь марки 2013.
Використовую ізолювання аркушів оксидуванням.
Коефіцієнт заповнення стали

Кількість пазів на полюс і фазу

Кількість пазів сердечника статора

Сердечник ротора
Збирається з окремих відштампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0.5мм, що мають ізоляційні покриття для зменшення втрат в сталі від вихрових струмів.
Застосовую холоднокатану ізотропну електротехнічну сталь марки 2013.
Використовую ізолювання аркушів оксидуванням.
Коефіцієнт заповнення стали

Для зменшення впливу моментів вищих гармонік на пускові та віброакустичні характеристики машини ротор має скіс пазів на одну зубцеву поділ статора ; При цьому .
Повітряний зазор між статором і ротором:
Зовнішній діаметр сердечника ротора

Внутрішній діаметр аркушів ротора

Долина сердечника ротора

Кількість пазів вибирається в залежності від і наявності скосу пазів

Обмотка статора

Приймаю обмотку з круглого дроту, двошарову укладається в трапецеїдальних напівзакриті пази, марки ПЕТ-155
Обмотка шестізонная; кожна зона дорівнює 60 ел. град.
Коефіцієнт розподілу



Скорочений крок обмотки по пазах

Коефіцієнт укорочення


Обмотувальний коефіцієнт

Попередньо значення магнітного потоку

Попередньо кількість витків в обмотці фази

Попередньо кількість ефективних провідників у пазу

Кількість паралельних гілок обмотки статора



Уточнене значення кількості витків в обмотці фази

Уточнене значення магнітного потоку

Уточнене значення індукції в повітряному зазорі

Попереднє значення номінального фазного струму

Уточнена лінійне навантаження статора

Середнє значення магнітної індукції в спинці статора

Зубцеву розподіл по внутрішньому діаметру статора

Значення магнітної індукції в зубцях статора

Ширина зубця

Припуски на складання сердечника статора і ротора по ширині і висоті складають 0.2мм.
Визначаю розміри трапецеїдальних пазів (рис 1)

Рис. 1. Трапецеїдальний напівзакритий паз статора.
Висота спинки статора

Висота паза

Велика ширина паза

Ширина шліца

Висота шліца

Менша ширина паза

Перевірка правильності визначення b ₁ і b ₂ виходячи з вимоги b _з1 = const


Умова виконується
Площа поперечного перерізу паза в штампі

Площа поперечного перерізу паза у просвіті


Середнє значення односторонньої товщини корпусної ізоляції

Площа поперечного перерізу корпусної ізоляції

Площа поперечного перерізу прокладок між верхньою і нижньою котушками в пазу, на дні паза і під клином

Площа поперечного перерізу паза, займана обмоткою

Коефіцієнт заповнення паза


Приймаю с = 3
Діаметр елементарного ізольованого проводу

По таблиці визначаю найближчий стандартний діаметр d ^I, відповідний йому діаметр неізольованого проводу d і площа поперечного перерізу S.
d ^I = 1,585 мм
d = 1,5 мм
S = 1,767 мм
Уточнюю коефіцієнт заповнення паза

Уточнюю ширину шліца

Щільність струму в обмотці статора

Рівень питомої теплового навантаження

З малюнка
- Вірно

Розміри елементів обмотки

Середнє зубцеву поділ статора

Середня ширина котушки обмотки статора

Середня довжина однієї лобовій частині котушки

Середня довжина витка обмотки

Довжина вильоту лобової частини обмотки

Обмотка короткозамкнутого ротора
Визначаю розміри овальних закритих пазів ротора:
Висота паза


Рис 2 Овальний закритий паз короткозамкнутого ротора
Розрахункова висота спинки ротора

Магнітна індукція в спинці ротора

Зубцеву розподіл по зовнішньому діаметру ротора

Магнітна індукція в зубцях ротора

Ширина зубця

Менший радіус паза

Для напівзакритого паза



Більший радіус паза

Відстань між центрами радіусів

Перевірка правильності визначення і виходячи з умови


Площа поперечного перерізу, що дорівнює площі поперечного перерізу паза в штампі


Короткозамикающее кільце обмотки ротора
Визначаю розміри короткозамикающего кільця з литою конструкцією клітини: Поперечний переріз кільця

Висота кільця

Довжина кільця

Середній діаметр кільця

Виліт лобової частини обмотки

Коефіцієнт, що враховує вигин стержня

Довжина лобової частини стрижня


Розрахунок магнітного ланцюга
В електричних машинах із симетричною магнітної ланцюгом, а до таких відносяться асинхронні двигуни, можна обмежитися розрахунком МДС на полюс.
Магнітна ланцюг асинхронного двигуна складається з наступних п'яти однорідних ділянок, з'єднаних послідовно: повітряний зазор між ротором і статором, зубці статора, зубці ротора, спинка статора, спинка ротора.
МДС для повітряного зазору
Коефіцієнт, який враховує збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастого будови статора

Коефіцієнт, який враховує збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастого будови ротора

Коефіцієнт, що враховує зменшення магнітного опору повітряного зазору при наявності радіальних каналів на статорі або на роторі
, Так як відсутні радіальні канали.
Загальний коефіцієнт повітряного зазору

МДС для повітряного зазору

МДС для зубців при трапецеїдальних напівзакритих пазах статора
Напруженість магнітного поля

Середня довжина шляху магнітного потоку

МДС для зубців

МДС для зубців при овальних закритих пазах ротора
Напруженість магнітного поля

Середня довжина шляху магнітного потоку

МДС для зубців

МДС для спинки статора
Напруженість магнітного поля

Середня довжина шляху магнітного потоку

МДС для спинки статора

МДС для спинки ротора
Напруженість магнітного поля

Середня довжина шляху магнітного потоку

МДС для спинки ротора

Параметри магнітного ланцюга
Сумарна ЕРС магнітного ланцюга на один полюс

Коефіцієнт насичення магнітного кола

Намагнічує струм

Намагнічує струм, у відносних одиницях

ЕРС холостого ходу

Головне індуктивний опір

Головне індуктивний опір у відносних одиницях

Активні та індуктивні опору обмоток

Опір обмотки статора
Питома електрична провідність міді при 20 ^о С

Активний опір обмотки фази при 20 ^о С

Активний опір обмотки фази при 20 ^о С у відносних одиницях

Перевірка правильності визначення у відносних одиницях

Коефіцієнти, що враховують укорочення кроку

Розміри частин обмоток і паза
= = 0,4
Розмір обмотки

Коефіцієнт провідності розсіювання

Коефіцієнт, що враховує впливу відкриття пазів статора на провідність диференціального розсіювання

Коефіцієнт диференціального розсіювання статора

Коефіцієнт, що враховує демпфуючу реакцію струмів

Коефіцієнт провідності диференціального розсіювання

Полюсний поділ

Коефіцієнт провідності розсіювання лобових частин обмотки

Коефіцієнт провідності розсіювання обмотки статора

Індуктивний опір обмотки фази статора

Індуктивний опір обмотки фази статора у відносних одиницях

Перевірка правильності визначення у відносних одиницях


Опір обмотки ротора короткозамкнутого
Питома електрична провідність алюмінію при 20 ^о С

Активний опір стрижня клітини при 20 ^о С

Коефіцієнт приведення струму кільця до струму стрижня

Опір короткозамикающіх кілець, приведене до току стрижня при 20 ^о С

Центральний кут скосу пазів

Коефіцієнт скосу пазів ротора

Коефіцієнт приведення опору обмотки ротора до обмотки статора

Активний опір обмотки ротора при 20 ^о С, приведене до обмотці статора

Активний опір обмотки ротора при 20 ^о С, приведене до обмотці статора у відносних одиницях

Струм стрижня ротора для робочого режиму

Коефіцієнт провідності розсіювання

Кількість пазів ротора на полюс і фазу

Коефіцієнт диференціального розсіювання ротора

Коефіцієнт провідності диференціального розсіювання

Коефіцієнт провідності розсіювання короткозамикающіх кілець литий клітини

Відносний скіс пазів ротора, в частках зубцевого поділу ротора

Коефіцієнт провідності розсіювання скосу пазів

Коефіцієнт провідності розсіювання обмотки ротора

Індуктивний опір обмотки ротора

Індуктивний опір обмотки ротора, приведене до обмотці статора

Індуктивний опір обмотки ротора, приведене до обмотці статора у відносних одиницях

Опір обмоток перетвореної схеми заміщення двигуна (з винесеними на затискачі намагнічує контуром)

Коефіцієнт розсіювання статора

Коефіцієнт
Коефіцієнт опору статора

Перетворені опору обмоток




Перерахунок магнітної системи не потрібно, так як
, А
Розрахунок режиму холостого ходу
Реактивна складова струму статора при синхронному обертанні

Електричні втрати в обмотці статора при синхронному обертанні
Вт
Розрахункова маса стали зубців статора при трапецеїдальних пазах
кг
Магнітні втрати в зубцях статора
Вт
Маса стали спинки статора
кг
Магнітні втрати в спинці статора
Вт
Сумарні магнітні втрати в сердечнику статора, що включають додаткові втрати в сталі
Вт
Коефіцієнт
Механічні втрати
Вт
Активна складова струму холостого ходу

Струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності при холостому ході

Розрахунок номінального режиму роботи
Активний опір короткого замикання

Індуктивний опір короткого замикання

Повний опір короткого замикання

Додаткові втрати при номінальному навантаженні
Вт
Механічна потужність двигуна
Вт
Еквівалентний опір схеми заміщення

Повний опір схеми заміщення

Перевірка правильності розрахунків і

Ковзання у відносних одиницях

Активна складова струму статора при синхронному обертанні

Струм ротора

Струм статора:
активна складова

реактивна складова

Фазний

Коефіцієнт потужності

Лінійна навантаження статора

Щільність струму в обмотці статора

Лінійна навантаження ротора

Струм в стержні короткозамкнутого ротора

Щільність струму в стержні короткозамкнутого ротора

Струм в короткозамкненим кільці

Електричні втрати в обмотці статора і ротора відповідно
Вт
Вт
Сумарні втрати в електродвигуні
Вт
Потужність, що підводиться
Вт
Коефіцієнт корисної дії
%
Перевірка
потужність, що підводиться
Вт
Номінальна віддається потужність
Вт

Побудова графіків робочих характеристик зробимо в MathCad

Розрахунок робочих характеристик

Рис.3 Залежність I1 = f (P2)

Рис.4 Залежність n = f (P2)


Рис.5 Залежність cos (u) = f (P2)

Рис.6 Залежність Sn = f (P2)

Рис.7 Робочі характеристики двигуна

Максимальний момент

Змінна частина коефіцієнта статора

Складова коефіцієнта провідності розсіювання статора, що залежить від насичення

Змінна частина коефіцієнта ротора

Складова коефіцієнта провідності розсіювання ротора, що залежить від насичення

Індуктивний опір розсіювання двигуна, що залежить від насичення

Індуктивний опір розсіювання двигуна, яка не залежить від насичення

Струм ротора, який відповідає максимальному моменту


Повний опір схеми заміщення:
при максимальному моменті

при нескінченно великому ковзанні

Еквівалентний опір схеми заміщення при максимальному моменті

Кратність максимального моменту


Ковзання при максимальному моменті у відносних одиницях

Початковий пусковий струм і початковий пусковий момент
Визначаю активні та індуктивні опору відповідні пусковому режиму:
Висота стрижня клітки ротора

Наведена висота стрижня ротора

Коефіцієнт
Розрахункова глибина проникнення струму в стрижень

Ширина стрижня на розрахунковій глибині проникнення струму

Площа поперечного перерізу стрижня при розрахунковій глибині проникнення струму

Коефіцієнт витіснення струму

Активний опір стрижня клітини при 20 ^о С для пускового режиму

Активний опір обмотки ротора при 20 ^о С наведене до обмотки статора, для пускового режиму

Коефіцієнт
Коефіцієнт провідності розсіювання паза ротора при пуску

Коефіцієнт провідності розсіювання обмотки ротора при пуску

Індуктивний опір розсіювання двигун, залежне від насичення

Індуктивний опір розсіювання двигун, що не залежить від насичення

Активний опір короткого замикання при пуску

Струм ротора при пуску двигуна


Повний опір схеми заміщення при пуску (з урахуванням витиснення струму та насичення шляхів потоків розсіяння)

Індуктивний опір схеми заміщення при пуску

Активна складова струму статора при пуску

Реактивна складова струму статора при пуску

Фазний струм статора при пуску

Кратність початкового пускового струму

Активний опір ротора при пуску, наведене до статора, при розрахунковій робочій температурі і Т-подібної схеми заміщення

Кратність початкового пускового моменту

Тепловий розрахунок обмотки статора
Коефіцієнт
Втрати в обмотці статора, при максимальній допустимої температури
Вт
Умовна внутрішня поверхня охолодження активної частини статора

Умовний периметр поперечного перерізу

Число ребер
приймаю
Висота ребра

Умовна поверхню охолодження:
Пазів

лобових частин обмотки

двигунів з охолоджуючими ребрами на станині

Питомий тепловий потік від втрат в активній частині обмотки і від втрат в сталі, віднесених до внутрішньої поверхні охолодження активної частини статора

Питомий тепловий потік від втрат в активній частині обмотки віднесених до поверхні охолодження пазів

Питомий тепловий потік від втрат у лобових частинах обмотки, віднесених до поверхні охолодження лобових частин обмотки

Окружна швидкість ротора

Коефіцієнт тепловіддачі поверхні статора

Перевищення температури внутрішньої поверхні активної частини статора над температурою повітря усередині машини

Одностороння товщина ізоляції в пазу статора

Еквівалентний коефіцієнт теплопровідності ізоляції в пазу включає повітряні прошарки

Еквівалентний коефіцієнт теплопровідності внутрішньої ізоляції котушки

Перепад температури в ізоляції паза і котушок з круглих проводів

Перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин обмотки над температурою повітря всередині двигуна

Перепад температури в ізоляції лобових частин котушок

Середнє перевищення температури обмотки над температурою повітря всередині двигуна

Втрати в двигуні передаються повітрю, всередині двигуна

Коефіцієнт підігріву повітря

Середнє підвищення температури повітря всередині двигуна над температурою зовнішнього повітря з охолоджуючими ребрами на станині

Середнє перевищення температури обмотки над температурою зовнішнього повітря


Вентиляційний розрахунок
Відстань від нижньої частини корпусу машини до опорної площини лап

Зовнішній діаметр корпусу

Коефіцієнт, що враховує зміну тепловіддачі за довжиною корпусу двигуна

Необхідна витрата повітря

Витрата повітря, який може бути забезпечений зовнішнім вентилятором

Напір повітря, створюваний зовнішнім вентилятором

Перевірка:
- Вірно
Таблиця порівняння даних розробленого електродвигуна з двигуном марки 4А180М8У3 випускається Ярославським електромашинобудівним заводом

Список літератури

1. Гольдберг О.Д, Гурін Я.С, Свириденко І.С. «Проектування електричних машин». Москва: «Вища школа» 2001р.
2. Алієв І.І. «Довідник з електротехніки та електроустаткування». Ростов-на-Дону: «Фенікс» 2003р.
3. А.Е. Кравчик «Асинхронні двигуни серії 4А» Довідник. Енергоіздат. 1982р.