Проектирование трехфазного асинхронного двигателя

 

Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский  государственный технический университет»

филиал  в г. Сызрани

 

 

 

 

 

                                                                                                    

 

                                                                                            Кафедра ЭПА

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Проектирование трехфазного  асинхронного двигателя

КПЭМ 140604.019.442М.10.02 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                    Разработал:

                                                                                      студент гр. ЭМ-318

                                                                                      Севастьянова А.В.

                                                                           

                                                                                       Руководитель:

      ст. преподаватель

                                  Бирюков А.Н.

 

 

2010 г.

 

Содержание

 

 

1. Техническое  задание…………………………………………………...…3

2. Выбор  главных размеров…………………………………………..….….3

3. Расчет  зубцовой зоны и параметров  обмоток:

1) статора…………………………………………………………….…..3

2) ротора…………………………………………………………………5

4. Поверочный  расчет

1) расчет  магнитной цепи………………………………………………7

2) расчет  параметров рабочего режима…………………………….…9

3) расчет  индуктивного сопротивления обмоток…………………..…10

4) расчет потерь…………………………………………...………...…..11

5) расчет  рабочих характеристик……………………………………....13

      6) расчет  пусковых характеристик………………………………….....15

7) тепловой  и вентиляционный расчет…………………………….…..18

5. Конструкционный  расчет………………………………………..……….19

6. Сравнительный  анализ спроектированного двигателя……………...…23

7. Приложение

1) эскизы  пазов статора и ротора…………………..……………………24

2) схема  обмотки статора…………………………………….…………..25

 8. Библиографический список…………………………………………..…..26

 

 

1. Техническое задание.

Спроектировать  асинхронную машину типа АИР с  исполнением по защите от окружающей среды  IP54, с исполнением по монтажу IM1001, с исполнением по охлаждению IC0141. Это трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором закрытого исполнения. Число пар полюсов машины p=4. Отсюда получим синхронную частоту вращения магнитного поля: . Согласно заданию, частота питающей сети f₁ = 50 Гц, тогда . Напряжение фазы статора U=380В, число фаз m=3, число выводных концов 6. Номинальная мощность двигателя P_2Н=15 кВт. Климатическое исполнение и категория размещения – У3, условия окружающей среды нормальные; режим работы продолжительный – S1.

 

2. Выбор главных размеров.

2.1. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18 h=0,18 м. Из стандартного ряда берем ближайшее значение h=0,18 м. Выбираем внешний диаметр статора D_a=0,295 м табл. 9.8.

2.2. Внутренний диаметр статора:

. Принимаем .

Принимаем D=0,22125 м.

2.3. Полюсное деление: 

2.4. Расчетная мощность:

(k_E=0,948 по рис. 9.20, η=0,932, cosφ=0,77 по рис. 9.21,в.)

2.5. Электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 9.22,в:

2.6. Обмоточный коэффициент: . Принимаем .

2.7. Расчетная длина магнитопровода  по (9.6):

 

2.8. Отношение  . Значение λ находится в допустимых пределах рис. 9.25. Т.к. l_δ<250 мм разбивка на пакеты не требуется.

 

3. Расчет зубцовой зоны и параметров обмоток.

 

      3.1. Расчет параметров обмотки статора.

3.1.1. Зубцовые деления по рис. 9.26

3.1.2. Допустимое число пазов статора: 

Согласно табл. 9.18 для 2р=8 можно принять начение Z₁=72. Число пазов на полюс и фазу равно . Принимаем q₁=3.

 

3.1.3. Зубцовое деление статора (окончательно):

 

3.1.4. Согласно табл.5 принимаем для статора двухслойную концентрическую обмотку с укороченным шагом.

Укорочение 

при

Принимаем y = 7

Уточняем значение β: β = y / m₁q₁= 7/9 = 0,8 

Коэффициент укорочения: k_у1=sin(π ·β/2)=sin(π ·0.8/2)=0.951

Коэффициент распределения: k_р1=

Уточняем 

 

3.1.5. Значение номинального тока:

3.1.6. Предварительное число эффективных проводников в пазу:

 Принимаем а=1 и округляем u_п до ближайшего целого числа u_п=17.

3.1.7. Окончательные значения:

       Число витков  в фазе:

       Линейная нагрузка:

       Магнитный поток: 

       Индукция в  воздушном зазоре:

Значения А и В_δ находятся в допустимых пределах.

 

3.1.8. Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (9.25):

AJ₁=210·10⁹ A²/м² рис. 9.27,б. Предварительная плотность тока в обмотке статора с учетом уточненного значения линейной нагрузки:

3.1.9. Площадь сечения эффективного проводника (предварительно) (9.24):

3.1.10. Применяем полузакрытые пазы, поэтому требуется разделение на элементарные проводники. Принимаем n_эл=2, тогда . Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ d_эл =1,405мм, q_эл =1,368 мм²,

q_э.ср=n_эл·q_эл=2·1,368=2,74 мм²

Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

 

3.2. Расчет размеров зубцовой  зоны статора.

3.2.1. Принимаем предварительно по  табл.9.12 B_z1=1,9 Тл, В_а=1,4 Тл, k_c=0,97(оксидирование),

тогда

3.2.2. Размеры паза в штампе  b_ш =3,7мм, h_ш=1мм, 45˚:

_{3.2.3. Размеры паза  в свету с учетом  припуска на сборку:}

(по табл.9.14 Δb_п=0,2 мм, Δh_п=0,2 мм)

3.2.4. Размеры зубцов: b_Z= b'_Z= b''_Z

3.2.5. Площадь поперечного сечения  паза для размещения проводников  обмотки:

b_из =b_из.пр.=0,37

S _пр=(0,9∙b1+0,4∙b2) b_из.пр.=(0.9∙5,63+0,4∙7,24) ∙0,37=2,96 мм

3.2.6. Коэффициент заполнения паза:

3.3. Расчет ротора.

3.3.1. Выбор воздушного зазора. По рис. 9.31 δ=0,45 мм.

3.3.2. Число пазов ротора по  табл. 9.18 Z₂=58.

3.3.3. Внешний диаметр ротора:

3.3.4. Длина магнитопровода ротора:

3.3.5. Зубцовое  деление ротора:

3.3.6. Внутренний диаметр ротора  равен диаметру вала, т.к. сердечник  ротора непосредственно насаживается  на вал; по (9.102):

  (k_в=0,23 по табл. 9.19)

3.3.7. Ток в обмотке ротора по (9.57)

Где по (9.58) ;

по (9.66)

 

3.3.8. Площадь поперечного сечения  стержня (предварительно) по (9.68):

(принимаем J₂=2,5·10⁶ А/м²).

3.3.9. Паз ротора закрытый трапецеидальный. 

Принимаем h_ш=0,7 мм, b_ш=1,5 мм, h'_ш=0,3 мм.

 

3.3.10. Уточнение ширины зубцов  ротора по формулам табл. 9.20

Принимаем b₁=6,04мм;  b₂=3,9мм; h₁=20,23мм

Полная высота паза:

 

h_п2= h^’_ш+h_ш+b₁/2+h₁+b₂/2=0,3+0,7+3,02+20,23+1,95=26,2 мм

 

Уточнение площадь поперечного сечения стержня:

3.3.11. Плотность тока в стержне: 

3.3.12. Короткозамыкающие кольца.

Площадь поперечного сечения по (9.72):

По (9.70) и (9.71)

; ;

Размеры короткозамыкающих колец:

 

 

4. Проверочный расчет.

 

4.1. Расчет магнитной цепи.

Магнитопровод из стали марки 2214, толщина листов 0,5 мм.

4.1.1. Магнитное напряжение воздушного  зазора по (9.103):

Где по (4.15) ;

 

4.1.2. Магнитное напряжение зубцовой  зоны статора по (9.104):

Где

Расчетная индукция в зубцах по (9.105):

Так как B^’_Z1>1,8Тл, учтем ответвление потока в паз и найдем действительную индукцию в зубце B_Z1.

Коэффициент k_пх по высоте h_Zx=0,5h_Z

k_пх=(b_пхl_δ)/(b_Z1 l_ст1k_с1)=(3,935*0,194)/(4,19*0,194*0,97)=0,97

b_пх=(b₁+b₂)/2=(5,63+2,24)/2=3,935

B_Z1=B^’_Z1-μ₀H_Z1k_пх=1,9-1,256*10^-6*4160*1,63=1,9Тл

Принимаем B_Z1=1,9 Тл.

Напряженность поля в сечениях зубца по табл. П1.10:

H_z1=4000 А/м для B_z1=1,9 Тл

 

4.1.3. Магнитное  напряжение зубцовой зоны ротора  по (9.108):

При зубцах по рис. 9.40,б, из табл. 9.20

Индукция в зубцах по (9.109):

Напряженности поля в сечениях зубца  по табл. П1.10:

H_z2=2700 А/м для B_z2=1,8 Тл

 

4.1.4. Коэффициент насыщения зубцовой  зоны по (9.115):

 
4.1.5. Магнитное напряжение ярма  статора по (9.116)

По (9.119)

Где

По (9.117)

Где

Для В_а=1,5 Тл по табл. П1.9 Н_а=656 А/м

 

4.1.6. Магнитное напряжение ярма  ротора по (9.121):

По (9.127)

Где

По (9.122)

Где

D_j>0.75(0.5*220.35-26.2)=0.063. Принимаем  D_j=0,07м.

Для В_j=0,69 Тл по табл. П1.9 Н_j=202 А/м

4.1.7. Магнитное напряжение на  пару полюсов по (9.128):

4.1.8. Коэффициент насыщения магнитной  цепи по (9.129):

4.1.9. Намагничивающий ток по (9.130):

Относительное значение по (9.131):

 

4.2. Параметры рабочего режима

4.2.1. Активное сопротивление обмотки  статора по (9.132.):

(Для класса нагревостойкости  F расчетная температура 115°С, для медных проводников ρ₁₁₅=10^-6/41 Ом·м)

Длина проводников фазы обмотки  по (9.134.):

По (9.135)

Где ; по (9.139)

Где B=0,01 м, по (9.142)

По (9.141)

Длина вылета лобовой части катушки  по (9.140):

Относительное значение

4.2.2. Активное сопротивление фазы  алюминиевой обмотки ротора по (9.168)

По (9.169)

По (9.170)

Где для алюминиевой обмотки  ρ₁₁₅=10^-6/20,5 Ом·м

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора по (9.172), (9.173):