Образовательная автономная некоммерческая организация
высшего образования
«МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
| | |
Факультет «Строительства и техносферной безопасности»
Направление подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Курсовая работа
| | ||||||
| ||||||
|
Обучающийся группы Группа ООПМЭо-20081-2
ФИО Тихонов Алексей Леонидович
Москва, 2022 г.
Задание
1. Выбрать двигатель для кратковременного режима работы S2 при подъеме груза. Условия подъема и характеристики груза приведены в табл.1.
2. Рассчитать параметры и начертить развернутую схему трехфазной двухслойной обмотки статора по данным, приведенным в табл. 1. Выбрать укорочение шага обмотки, чтобы уничтожалась ν-я высшая гармоника в кривой индуцированной ЭДС обмотки. Соединение катушечных групп последовательное, фазы обмотки соединить звездой, катушки одновитковые.
3. Используя данные и результаты расчета п.1 и п.2, определить эффективные значения фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой и седьмой гармоник, приняв частоту тока 50 Гц. Рассчитать значения этих ЭДС, если бы шаг обмотки был полным.
Таблица 1
| Масса груза, кг*103 | 4 |
| Скорость подъема, м/с | 0,4 |
| Высота подъема h, м | 10 |
| Коэффициент, учитывающий противовес, k | 0,4 |
| КПД подъемника, η | 0,9 |
| Коэффициент увеличения мощности, KP | 1,4 |
| Число пазов Z1 | 60 |
| Число полюсов 2р | 6 |
| Гармоника ν | 7 |
Содержание
Введение 4
1. Выбор двигателя по номинальной мощности 5
2. Выбор типа обмотки 6
3. Расчет обмоточных данных 11
4. Построение развернутой схемы обмотки статора 13
5. Определение эффективных значений фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой и седьмой гармоник 14
Заключение 18
Литература 19
Введение
Электрические машины широко применяются в различных отраслях промышленности.
При работе этих двигателей частота вращения магнитного поля статора постоянна и зависит от частоты питающей сети (стандартная частота 50 Гц) и от числа пар полюсов, а частота вращения ротора отличается на величину скольжения, составляющую 0,012—0,06 скорости магнитного поля статора. Причиной исключительно широкого применения асинхронных электродвигателей является их простота и небольшая стоимость.
Практически нет отрасли техники и быта, где не использовались бы асинхронные двигатели.
Потребности народного хозяйства удовлетворяются главным образом двигателями основного исполнения единых серий общего назначения, т.е. применяемых для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям, шуму и т.п. Вместе с тем в единых сериях предусматривают также электрические и конструктивные модификации двигателей, модификации для разных условий окружающей среды, предназначенные для удовлетворения дополнительных специфических требований отдельных видов приводов и условий их эксплуатации. Модификации создаются на базе основного исполнения серий с максимально возможным использованием узлов и деталей этого исполнения.
В некоторых приводах возникают требования, которые не могут быть удовлетворены двигателями единых серий. Для таких приводов созданы специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др.
1. Выбор двигателя по номинальной мощности
Мощность двигателя
где k- коэффициент, учитывающий действие противовеса;
- скорость подъема груза (м/с);m- масса груза (кг);
- ускорение свободного падения (м/с2);
- КПД подъемника.
Полученное значение мощности увеличиваем до ближайшего каталожного значения. Ближайший по мощности двигатель 4А132S4.
(Р=7.5 (кВт), n0 =1500 (об/мин), nH=1455 об/мин)
Определяем его номинальный момент:
=9550˙
=9550˙
=49,3 (Н˙м)Максимальный момент:
=2,3 =2,3˙49,3=108.5 (Н˙м)2. Выбор типа обмотки
Количество пар полюсов:
Где p – число пар полюсов
f – частота питающей сети, Гц. f=50 Гц.
n – скорость вращения поля статора, об/мин;
При p=2, 2p=4 определяем h=132 мм (выбираем ближайшее стандартное значение).
Dа – максимально возможный диаметр, Dа=225 мм = 0,225 м,
Внутренний диаметр статора.
KD - коэффициент характеризует отношение внутреннего и внешнего диаметров сердечников АД серии 4А и АИ. KD =0,72 для 2p=4.
Полюсное деление:
Расчётная мощность:
kE – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, kE = 0,93.
= 87.5% – КПД двигателя;
cos = 0,86;
Электромагнитные нагрузки (предварительно)
; B = 0,85 Тл
Обмоточный коэффициент (предварительно) для однослойной обмотки:
kоб1 = 0,95
Расчётная длина магнитопровода:
- синхронная угловая частота двигателя:
;
Определяем предельные значения зубцового деления статора АД:
где
– соответственно минимальное и максимальное предельное значения зубцового деления статора, мОпределяем число пазов статора
;
где
– соответственно минимальное и максимальное число пазов статора
, 
Принимаем
, тогда:
где q1 – коэффициент, связывающий число пазов с числом полюсов и фаз
m – число фаз, m = 3
При q1 = 3, обмотка однослойная.
Зубцовое деление статора (окончательно):
Число эффективных проводников в пазу (предварительно а=1, т.е. параллельные ветки в обмотке отсутствуют)
где
- ток обмотки статора.Если а=1, тогда
Окончательные значения:
- число витков в фазе:
- линейная нагрузка:
- магнитный поток:
kоб1 = 0,96 (для q = 3)
- индукция в зазоре:
;Значения А и Вδ находятся в допустимых пределах.
Плотность тока в обмотке статора (предварительно):
; 
Определяем площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно):
; 
Где
– площадь поперечного сечения эффективного проводника, мм2Определяем сечение эффективного проводника (окончательно)
Принимаем число элементарных проводников
, тогда 
. Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ 
. Плотность тока в обмотке статора (окончательно):
3. Расчет обмоточных данных
Расчет обмоточных данных состоит в определении основных данных:
N – число катушечных групп;
y – шаг обмотки;
q – число пазов на полюс и фазу;
α – число электрических градусов, приходящихся на один паз;
а – число параллельных ветвей.
Шаг обмотки
Шаг обмотки (у1) – это расстояние, выраженное в зубцах (или пазах), между активными сторонами одной и той же секции:
где y1 – расчетный шаг (равен полюсному делению, выраженному в зубцах);
– произвольное число меньше 1, доводящее расчётный шаг (y1) до целого числа.На практике принято шаг определять в пазах, поэтому при раскладке вторая сторона секции ложится в паз у+1.
Для подавления пятой гармоники ЭДС катушки выбирают kу = 0,8.
Принимаем
пазов.Число пазов на полюс и фазу
,где
– число фаз. 
Число электрических градусов на один паз
,
Так как
, то обмотка называется рассредоточенной, при этом фазные катушки должны быть разделены на секции, число которых равно 
.4. Построение развернутой схемы обмотки статора
Рис.1 Трехфазная обмотка статора
5. Определение эффективных значений фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой и седьмой гармоник
Для определения ЭДС обмотки статора необходимо ЭДС катушки умножить на число последовательно соединенных катушек в фазной обмотке статора. Так как число катушек в катyшечной группе равно q1, а число катушечных групп в фазной обмотке равно 2р, то фазная обмотка статора содержит 2pq, катушек. Имея в виду, что число последовательно соединенных витков в фазной обмотке w1 = 2pq1wK (К=1), получим ЭДС фазной обмотки статора (В) ν-й гармоники:
где
- частота высшей гармоники; Так как наша обмотка имеет диаметральный шаг, то есть шаг обмотки у равен полюсному делению τ, и нет скоса пазов ни на роторе, ни на статоре, то формулу (4.1) можно переписать в следующем виде:
Рассчитаем величину основного магнитного потока:
(Вб)Частоту высших гармоник найдем по формуле:
где f1 – частота тока.
- первая гармоника:
,- третья гармоника:
,- пятая гармоника:
,- седьмая гармоника:
.По формуле вычислим число последовательно соединенных витков в обмотке фазы:
Подставим полученные данные и рассчитаем ЭДС фазной обмотки статора по формуле, принимая
:- 1-я гармоника:
Зная значение ЭДС 1-й гармоники, приступим к подсчету других ЭДС высших гармоник, учитывая обмоточный коэффициент.
Произведение коэффициентов распределения, укорочения шага и скоса пазов называют обмоточным коэффициентом. Следовательно, обмоточный коэффициент для v-й гармоники:
У рассматриваемой обмотки шаг диаметральныйи нет скоса пазов, и в нашем случае формула принимает следующий вид:
Амплитудные значения высших гармоник ЭДС, которые малы по сравнению с первой, найдем по формуле:
Из формулы выразим
:
Найдем ЭДС для третьей, пятой и седьмой гармоники при прямоугольной форме магнитного потока:
Третья гармоническая ЭДС имеет наибольшее значение.
Мы нашли фазное значение ЭДС, найдем их линейные значения, учитывая, что обмотки соединены звездой, при котором:
По формуле:
Заключение
В ходе выполнения данного курсового проекта, была проанализирована справочная литература, определяющая порядок и выбор главных требований к нашему электродвигателю.
Были в ней рассмотрены. Выбор двигателя по номинальной мощности. Расчет асинхронного двигателя с обмотками. Определение эффективных значений фазной и линейной ЭДС. И, согласно нашим расчетам, двигатель соответствует всем требованиям технического задания.
Литература
1. Электрические машины. Учебник для ВУЗов. Копылов И.П. Высшая школа. 2006. 607 с
2. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов. Вольдек А.И. Попов В.В. Питер, 2007 - 350 с.
3. Справочник по электрическим машинам: В 2т/ Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К.Клокова. Т.1 – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 456с.: ил.