Министерство сельского хозяйства РФ
Орловский государственный аграрный университет
Кафедра Энергоснабжения
По дисциплине: Электрические машины
Вариант №8
Выполнил: студент группы Эл–302(3)
Иванов Иван Иванович
Проверил: преподаватель Жигун Н.Г.
Орёл 2005 г.
Цель работы: Приобретение навыков разработки принятия инженерных решений для конкретных условий использования электрических машин.
Асинхронный двигатель с к. з. ротором.
Режим работы – продолжительный.
По конструктивному исполнению и способу монтажа – IМ1001.
Степень защиты – брызгозащищенная IP 44.
По способу охлаждения – с естественным охлаждением.
Климатическое исполнение двигателя – для районов умеренного климата У.
; 
.
Остальные данные (
,
,
, 
| № | Мощность, Р | Частота вращения, n, об/мин | КПД, % | Cos φ |
| 1 | 45 | 490 | 90.6 | 0.75 |
| 2 | 200 | 2970 | 95.0 | 0.92 |
| 3 | 110 | 1470 | 94.7 | 0.93 |
| 4 | 75 | 985 | | 0.93 |
| 5 | 90 | 495 | 93.0 | 0.76 |
| 6 | 160 | 740 | 93.0 | 0.85 |
| 7 | 55 | 490 | 90,0 | 0.75 |
| 8 | 45 | 2945 | 91,0 | 0.90 |
| 9 | 110 | 590 | 93.0 | 0.83 |
| 10 | 132 | 1480 | 93.0 | 0.89 |
11 | 160 | 985 | 93.5 | 0.90 |
| 12 | 90 | 590 | 92.5 | 0.83 |
| 13 | 75 | 735 | 92.3 | 0.87 |
| 14 | 160 | 1480 | 93.0 | 0.91 |
| 15 | 55 | 985 | 91.0 | 0.87 |
| 16 | 45 | 590 | 91.3 | 0.75 |
| 17 | 132 | 2970 | 91.5 | 0.89 |
| 18 | 110 | 740 | 92.0 | 0.86 |
| 19 | 45 | 1475 | 92.0 | 0.90 |
| 20 | 90 | 985 | 93.0 | 0.88 |
| 21 | 160 | 2970 | 91.5 | 0.90 |
| 22 | 75 | 590 | 92,0 | 0.80 |
| 23 | 132 | 740 | | 0.85 |
| 24 | 75 | 490 | 91.5 | 0.76 |
| 25 | 90 | 1480 | 93.0 | 0.91 |
| 26 | 55 | 2945 | 90.6 | 0.93 |
| 27 | 110 | 985 | 93.0 | 0.90 |
| 28 | 55 | 590 | 91.7 | 0.79 |
| 29 | 75 | 2960 | 94.3 | 0.93 |
| 30 | 200 | 1480 | 93.0 | 0.92 |
| 31 | 45 | 985 | 91.0 | 0.89 |
| 32 | 55 | 735 | 92,0 | 0.84 |
| 33 | 37 | 2945 | 90.4 | 0.90 |
| 34 | 75 | 1480 | 93.0 | 0.90 |
| 35 | 200 | 985 | 96.0 | 0.89 |
| 36 | | 740 | 91.0 | 0.84 |
| 37 | 37 | 590 | 95.5 | 0.88 |
| 38 | 110 | 2970 | 91.3 | 0.87 |
| 39 | 55 | 1480 | 94.0 | 0.88 |
| 40 | 45 | 740 | 91.0 | 0.84 |
studfiles.net
Федеральное агентство по образованию
Российский государственный профессионально-педагогический университет
Кафедра автоматизированных систем электроснабжения
Курсовой проект
Расчет асинхронного двигателя серии 4А180 S 4У3
Выполнил:
Проверил:
Екатеринбург 2008
Содержание
Задание 3
Введение 4
1. Выбор главных размеров 5
2. Определение Z1, W1 и сечение провода обмотки статора 6
3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора 8
4. Расчет ротора 10
5. Расчет намагничивающего тока 14
6. Параметры рабочего режима 16
7. Расчет потерь 20
8. Расчет рабочих характеристик 22
9. Расчет пусковых характеристик 28
10. Тепловой расчет 35
11. Расчет вентиляции 37
Список литературы 38
Задание.
Курсовой проект по электрическим машинам
Тип машины – асинхронный двигатель 4А180S4У3
1. Номинальная мощность, 22 кВт
2. Номинальное фазное напряжение, 220 В
3. Число полюсов, 2р = 4
4. Степень защиты, IP44
5. Класс нагревостойкости изоляции, F
6. Кратность начального пускового момента, 1,4
7. Кратность начального пускового тока, 6,5
8. Коэффициент полезного действия, η = 0,9
9. Коэффициент мощности, cosφ = 0,9
10. Исполнение по форме монтажа, М 1001
11. Воздушный зазор, δ = 0,5 мм
12. Частота сети f1, 50 Гц
Введение
Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов использующихся во всех отраслях народного хозяйства.
В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточные меди, изоляции, электрической стали и других затрат.
На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.
Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народно-хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономике материалов и трудовых ресурсов.
В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2-3 ступени по сравнения с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.
Серия имеет широкий ряд модификации, специализированных исполнений на максимальных удовлетворительных нужд электропривода.
1. Выбор главных размеров
1.1 Синхронная скорость вращения поля:
1.2 Высота оси вращения:
( двигатель 4А180S4У3)
Внешний диаметр Da = 0,313 м
1.3 Внутренний диаметр статора:
1.4 Полюсное деление:
1.5 Расчетная мощность:
1.6 Электромагнитные нагрузки:
A/м
Тл
1.7 Принимаем обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки:
1.8 Расчетная длина воздушного зазора:
1.9 Отношение значение находится в рекомендуемых пределах (0,65-1,3)
2. Определение , и сечение провода обмотки статора
2.1 Предельные значения :
2.2 Число пазов статора
Принимаем тогда
Обмотка двухслойная
2.3 Зубцовое деление статора
2.4 Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии а=1)
2.5 Принимаем а = 2, тогда
принимаем
2.6 Окончательные значения
Число витков в фазе:
Линейная нагрузка:
Магнитный поток:
Для двухслойной обмотки:
при
Значения А и находятся в допустимых пределах
2.7 Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
по п. 2.6:
=
2.8 Сечение эффективного проводника (предварительно):
2.9 Сечение эффективного проводника (окончательно):
принимаем тогда
обмоточный провод ПЭТВ ,
2.10 Плотность тока в обмотке статора (окончательно):
3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Рис.1 К расчету размеров зубцовой зоны статоров с прямоугольной конфигурацией пазов
3.1 Принимаем предварительно
;
=
для оксидированных листов стали
=
3.2 Размеры паза в штампе принимаем:
3.3 Размеры паза в свету с учетом припуска на cборку:
Площадь поперечного сечения паза «в свету» для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок:
(для двухслойной обмотки)
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
— односторонняя толщина изоляции в пазу
3.4 Коэффициент заполнения паза:
Полученное значение допустимо для двигателей с (0,72÷0,74).
4. Расчет ротора
4.1 Воздушный зазор (по заданным данным):
4.2 Число пазов ротора :
4.3 Внешний диаметр ротора:
4.4 Длина магнитопровода ротора:
4.5 Зубцовое деление ротора:
4.6 Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал.
4.7 Ток в стержне ротора
4.8 Площадь поперечного сечения стержня (предварительно):
Плотность тока в стержне литой клетки принимаем:
4.9 Паз ротора определяем по рис.9.40, б :
Принимаем
Допустимая ширина зубца:
Размеры паза:
Принимаем:
Полная высота паза:
4.10 Площадь поперечного сечения стержня:
4.11 Плотность тока в стержне:
4.12 Короткозамыкающие кольца.
Площадь поперечного сечения кольца:
Размеры замыкающих колец:
На рис.2 представлены размеры замыкающих колец
Рис.2 Размеры замыкающих колец
Рис.3 К расчету трапецеидальных закрытых пазов ротора
Рис.4 Пазы статора и ротора
Поз. | Материал | Толщина материала, мм | Число слоев | Односторонняя толщина, мм |
1 | Имидофлекс | 0,35 | 1 | 0,35 |
2 | Имидофлекс | 0,25 | 1 | 0,25 |
4 | Провод ПЭТВ 1,12/1,2 | - | - | - |
5. Расчет намагничивающего тока
5.1 Значение индукций:
Расчетная высота ярма ротора при 2р=4, :
5.2 Магнитное напряжение воздушного зазора:
5.3 Магнитные напряжение зубцовых зон:
статора:
ротора:
[ по табл. П1.7,1] для стали 2013:
при ВZ1 =1,9 Тл, НZ1 =2070 А/м;
при ВZ2 =1,9 Тл, НZ2 =2070 А/м;
hZ1 =hп1 =25,9 мм;
hZ2 =hп2 -0,1∙в2 =24,7-0,1∙6,1=24,1 мм
5.4 Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
5.5 Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
[по табл. П1.6, 1] при Ва =1,55 Тл, НА =630 А/м
при ВJ =0,88 Тл, НJ =146 А/м
где
при 2р=6 :
где
5.6 Магнитное напряжение на пару полюсов:
5.7 Коэффициент насыщения магнитной цепи:
5.8 Намагничивающий ток:
относительное значение:
6. Параметры рабочего напряжения
6.1 Активное сопротивление фазы обмотки статора:
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура =115˚С;
Для медных проводников
Длина проводников фазы обмотки:
Длина вылета лобовой части катушки:
Относительное значение:
6.2 Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора:
где для алюминиевой обмотки ротора:
Приводим r2 к числу витков обмотки статора:
Относительное значение:
6.3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:
где
где:
где:
Относительное значение:
Рис.5 К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора
6.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:
где по табл. 9.27 с. 408, 1:
где kд =1 -для номинального режима
Так как то без заметной погрешности можно принять:
Приводим Х2 к числу витков статора:
Относительное значение:
Рис.6 К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутого ротора
7. Расчет потерь
7.1 Основные потери в стали:
— удельная масса стали
7.2 Поверхностные потери в роторе:
7.3 Пульсационные потери в зубцах ротора:
7.4 Сумма добавочных потерь в стали:
7.5 Полные потери в стали:
7.6 Механические потери:
для двигателей с 2р ≥ 4:
7.7 Добавочные потери при номинальном режиме:
7.8 Холостой ход двигателя:
8. Расчет рабочих характеристик
8.1 Параметры:
Используем приближенную формулу, так как :
Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:
Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики,
задаваясь скольжением S равным:
s=0,002; 0,008; 0,012; 0,016; 0,02; 0,024; 0,028
Результаты таблицы приведены в таблице 1.
Характеристики представлены на рис.7
№ | Расчетная формула | Единица измерения | Скольжение | ||||||
0,002 | 0,008 | 0,012 | 0,016 | 0,02 | Sном= 0,024 | 0,028 | |||
1. | Ом | 67,86 | 16,96 | 11,31 | 8,48 | 6,78 | 5,65 | 4,84 | |
2. | Ом | ||||||||
3. | Ом | 68,06 | 17,16 | 11,51 | 8,68 | 6,98 | 5,85 | 5,04 | |
4. | Ом | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | |
5. | Ом | 68,07 | 17,2 | 11,57 | 8,76 | 7,08 | 5,97 | 5,18 | |
6. | А | 3,23 | 12,79 | 19,01 | 25,1 | 31,07 | 36,85 | 42,47 | |
7. | - | 0,999 | 0,997 | 0,994 | 0,99 | 0,985 | 0,979 | 0,973 | |
8. | - | 0,017 | 0,069 | 0,103 | 0,136 | 0,169 | 0,2 | 0,231 | |
9. | А | 4,88 | 13,41 | 19,55 | 25,51 | 31,26 | 36,73 | 41,98 | |
10. | А | 10,25 | 11,08 | 12,15 | 13,61 | 15,45 | 17,57 | 20,0 | |
11. | А | 11,35 | 17,39 | 23,01 | 28,91 | 34,86 | 40,7 | 46,5 | |
12. | А | 3,3 | 13,06 | 19,42 | 25,64 | 31,74 | 37,6 | 43,39 | |
13. | кВт | 3,22 | 8,85 | 12,9 | 16,83 | 20,63 | 24,242 | 27,7 | |
14. | кВт | 0,075 | 0,176 | 0,308 | 0,486 | 0,707 | 0,964 | 1,258 | |
15. | кВт | 0,004 | 0,066 | 0,147 | 0,256 | 0,392 | 0,55 | 0,734 | |
16. | кВт | 0,009 | 0,021 | 0,038 | 0,06 | 0,087 | 0,119 | 0,156 | |
17. | кВт | 0,752 | 0,927 | 1,157 | 1,466 | 1,85 | 2,297 | 2,812 | |
18. | кВт | 2,468 | 7,923 | 11,74 | 15,36 | 18,78 | 21,944 | 24,888 | |
19. | - | 0,76 | 0,89 | 0,91 | 0,912 | 0,91 | 0,905 | 0,898 | |
20. | - | 0,429 | 0,771 | 0,849 | 0,882 | 0,896 | 0,902 | 0,902 |
Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Рис.7 Рабочие характеристики спроектированного двигателя
8.2 Расчет и построение круговой диаграммы.
Масштаб тока:
Масштаб мощности:
Ток синхронного холостого хода:
где
8.3 После построения круговой диаграммы рассчитаем рабочие характеристики при номинальном режиме
Ток статора:
Ток ротора:
Первичная мощность:
Электромагнитная мощность:
Полезная мощность:
КПД:
Коэффициент мощности:
Скольжение двигателя:
9. Расчет пусковых характеристик
9.1 Расчет пусковых характеристик. Рассчитываем точки характеристик,
соответствующие скольжению S = 1.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис.8.
Параметры с учетом вытеснения тока ()
Для [стр. 428, рис. 9.57, 1]
[стр.428, рис. 9.58, 1]
Активное сопротивление обмотки ротора:
где
Приведенное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:
9.2 Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:
9.4 Пусковые параметры
9.5 Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока для :
9.3 Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для S=1 коэффициент насыщения
и
[по рис. 9.61, с.432, 1 для ]
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:
где
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
Для закрытых пазов ротора:
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения:
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения:
где
Расчет токов и моментов:
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений , соответствующим скольжениям :
Таблица 2. Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока
№ | Расчетная формула | Размерность | Скольжение | |||||
1 | 0,8 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,137 | |||
1. | - | 1,5 | 1,35 | 1,06 | 0,67 | 0,47 | 0,557 | |
2. | - | 0,33 | 0,23 | 0,11 | 0,02 | 0,005 | 0,01 | |
3. | мм | 17,8 | 19,2 | 21,3 | 23,23 | 23,58 | 23,46 | |
4. | - | 1,24 | 1,15 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
5. | - | 1,16 | 1,098 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
6. | Ом | 0,15 | 0,16 | 0,13 | 0,13 | 0,13 | 0,13 | |
7. | - | 0,87 | 0,92 | 0,95 | 0,975 | 0,985 | 0,98 | |
8. | - | 2,86 | 2,91 | 2,94 | 2,973 | 2,984 | 2,979 | |
9. | - | 0,97 | 0,985 | 0,99 | 0,995 | 0,997 | 0,996 | |
10. | Ом | 0,68 | 0,689 | 0,693 | 0,696 | 0,698 | 0,697 | |
11. | Ом | 0,34 | 0,396 | 0,457 | 0,853 | 1,51 | 1,156 | |
12. | Ом | 1,14 | 1,158 | 1,162 | 1,165 | 1,167 | 1,166 | |
13. | А | 186,4 | 179,7 | 176,1 | 152,3 | 115,3 | 134 | |
14. | А | 190,5 | 183,8 | 180,1 | 155,8 | 118,1 | 137,2 |
Для расчета других точек характеристики зададимся , уменьшенным в зависимости от тока (см.табл. 2):
Таблица 3. Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
№ | Расчетная формула | Размерность | Скольжение | |||||
1 | 0,8 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,137 | |||
1. | - | 1,4 | 1,3 | 1,2 | 1,1 | 1,05 | 1,069 | |
2. | А | 4175 | 3740 | 3383 | 2682 | 1941 | 2295 | |
3. | Тл | 5,6 | 4,97 | 4,5 | 3,56 | 2,58 | 3,05 | |
4. | - | 0,42 | 0,48 | 0,52 | 0,64 | 0,79 | 0,72 | |
5. | мм | 5,6 | 5 | 4,6 | 3,5 | 2 | 2,7 | |
6. | - | 1,09 | 1,108 | 1,121 | 1,162 | 1,237 | 1,198 | |
7. | - | 0,69 | 0,792 | 0,858 | 1,056 | 1,303 | 1,188 | |
8. | Ом | 0,32 | 0,335 | 0,344 | 0,37 | 0,404 | 0,388 | |
9. | - | 1,0102 | 1,0107 | 1,011 | 1,0118 | 1,0129 | 1,012 | |
10. | мм | 8,9 | 8 | 7,4 | 5,5 | 3,2 | 4,3 | |
11. | - | 2,29 | 2,348 | 2,385 | 2,449 | 2,53 | 2,484 | |
12. | - | 0,97 | 1,113 | 1,206 | 1,484 | 1,832 | 1,67 | |
13. | Ом | 0,45 | 0,483 | 0,498 | 0,537 | 0,587 | 0,563 | |
14. | Ом | 0,34 | 0,396 | 0,456 | 0,85 | 1,508 | 1,154 | |
15. | Ом | 0,77 | 0,823 | 0,847 | 0,913 | 0,998 | 0,957 | |
А | 261,9 | 241 | 228,7 | 176,4 | 121,7 | 146,7 | ||
А | 265,7 | 244,7 | 232,4 | 179,5 | 124,1 | 149 | ||
- | 1,39 | 1,33 | 1,29 | 1,15 | 1,05 | 1,086 | ||
- | 6,52 | 6,1 | 5,74 | 4,54 | 3,15 | 3,66 | ||
- | 1,35 | 1,39 | 1,77 | 2,64 | 2,51 | 2,66 |
Рис. 8 Пусковые характеристики
10. Тепловой расчет
10.1 Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя.
10.2 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:
где
10.3 Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:
10.4 Повышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:
10.5 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:
10.6 Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
11. Расчет вентиляции
11.1 Расчет вентиляции, требуемый для охлаждение расходов воздуха:
Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:
Список литературы
1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / П79 И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Высш.шк., 2002. – 757 с.: ил.
2. Методические указания к выполнению курсового проекта по электрическим машинам. №11, 1990г. (№128, 1984).
www.ronl.ru
(Назад)
(Cкачать работу)
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
СодержаниеВведение
. Основная часть
.1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
.2. Возможные неисправности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и способы их устранения
.3.Используемый инструмент
.4. Технологическая карта ремонта и обслуживания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
. Экономика
. Охрана труда и экология
Заключение
Список литературы Введение Обслуживание электроустановок промышленных предприятий осуществляют сотни тысяч электромонтеров, от квалификации которых во многом зависит надежная и бесперебойная работа электроустановок. Правильная организация труда электромонтера и грамотное ведение им эксплуатации электроустановок становятся весьма сложным и ответственным делом, так как любая ошибка эксплуатации может привести к значительным материальным ущербам, выводу из строя дорогостоящего оборудования, большим потерям продукции, нерациональному использованию электроэнергии.
Актуальность выбранной темы: на фоне развития промышленности все более возрастает роль надежных и мощных электрических машин с высоким КПД.
Для своей работы я выбрал тему «Технология ремонта и обслуживание асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором», так как такой двигатель является одним из самых распространенных видов электрических двигателей.
Цель работы: изучить и описать устройство, принцип действия, технологию ремонта и обслуживания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Задачи:
· проанализировать литературу и техническую документацию по выбранной теме;
· изучить и описать устройство, принцип действия, возможные неисправности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;
· составить технологическую карту ремонта и обслуживания асинхронного двигателя;
· сделать экономические расчёты ремонтных работ;
· проанализировать экологическую обстановку на участке прохождения производственной практики.
1. Основная часть .1 Устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Асинхронная машина - это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.
Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора - вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками. По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение
Рис.1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
1-вал; 2-наружная крышка подшипника; 3-роликовый подшипник; 4-внутренняя крышка подшипника; 5-подшипниковый щит; 6-коробка выводов; 7-обмотка статора; 8-обмотка ротора; 9-сердечник статора; 10-сердечник ротора; 11-корпус электродвигателя; 12-кожух вентилятора; 13-вентилятор; 14-шариковый подшипник; 15-болт заземления; 16-отверстия для болта крепления двигателя В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя ротор, состоящий из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических, алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон коротко замыкающими кольцами. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц. Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки. Вал ротора вращается в подшипниках качения, расположенных в подшипниковых щитах.
Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних. В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя). 1.2 Возможные неисправности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Внешней неисправностью может стать:
недостаточное вентилирование двигателя;
нарушение контакта устройства с сетью;
перегрузка аппарата;
несоответствие входящего напряжения рабочим требованиям двигателя.
Внутренними поломками асинхронного двигателя можно считать следующие:
неисправности подшипников;
сломанный вал ротора;
ослабление захвата щеток;
неисправности крепления статора;
появление борозд на коллекторе или контактных кольцах;
замыкания между витками обмоток;
изоляция, пробивающая на корпус;
распайка обмотки;
неверная полярность.
| Неисправность | Проявление | Причины |
| Не развивает номинальную скорость вращения и гудит | Одностороннее притяжение ротора | а) износа подшипников б) перекоса подшипниковых щитов в) изгиба вала. |
| Ток во всех трех фазах различен и даже на холостом ходу превышает номинальный | Плохо развивает скорость и гудит | 1. Неправильно соединены обмотки и одна из фаз оказалась "перевернутой" 2. Оборван стержень обмотки ротора |
| Ротор не вращается или вращается медленно | Двигатель гудит | Оборвана фаза обмотки статора |
| Вибрирует вся машина | Вибрирует вся машина | 1. Нарушено центрирование соединительных полумуфт или соосность валов 2. Неуравновешенны ротор, шкив и полумуфты |
| Вибрация исчезает после отключения от сети, ток в фазах статора становится неодинаков | Один из участков обмотки статора быстро нагревается | Короткое замыкание в обмотке статора |
| Перегревается при номинальных перегрузках | Нагревается, нарушение работы | 1. Витковое замыкание в обмотке статора 2. Загрязнение обмоток или вентиляционных каналов |
| Низкое сопротивление | Низкое сопротивление | 1. Увлажнение или загрязнение обмоток 2. Старение изоляции |
Монтаж электродвигателя:
Электродвигатель, доставленный к месту установки с завода-изготовителя или со склада, где он хранился до монтажа, или из мастерской после ревизии, устанавливается на подготовленное основание.
В качестве оснований для электродвигателей применяют в зависимости от условий: литые чугунные или стальные плиты, сварные металлические рамы, кронштейны, салазки и т. д. Плиты, рамы или салазки выверяются по осям и в горизонтальной плоскости и закрепляются на бетонных фундаментах, перекрытиях и т. п. при помощи фундаментных болтов, которые
referat.co
Федеральное агентство по образованию
Российский государственный профессионально-педагогический университет
Кафедра автоматизированных систем электроснабжения
Курсовой проект
Расчет асинхронного двигателя серии 4А180 S 4У3
Выполнил:
Проверил:
Екатеринбург 2008
Содержание
Задание 3
Введение 4
1. Выбор главных размеров 5
2. Определение Z1, W1 и сечение провода обмотки статора 6
3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора 8
4. Расчет ротора 10
5. Расчет намагничивающего тока 14
6. Параметры рабочего режима 16
7. Расчет потерь 20
8. Расчет рабочих характеристик 22
9. Расчет пусковых характеристик 28
10. Тепловой расчет 35
11. Расчет вентиляции 37
Список литературы 38
Задание.
Курсовой проект по электрическим машинам
Тип машины – асинхронный двигатель 4А180S4У3
1. Номинальная мощность, 22 кВт
2. Номинальное фазное напряжение, 220 В
3. Число полюсов, 2р = 4
4. Степень защиты, IP44
5. Класс нагревостойкости изоляции, F
6. Кратность начального пускового момента, 1,4
7. Кратность начального пускового тока, 6,5
8. Коэффициент полезного действия, η = 0,9
9. Коэффициент мощности, cosφ = 0,9
10. Исполнение по форме монтажа, М 1001
11. Воздушный зазор, δ = 0,5 мм
12. Частота сети f1, 50 Гц
Введение
Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов использующихся во всех отраслях народного хозяйства.
В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточные меди, изоляции, электрической стали и других затрат.
На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.
Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народно-хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономике материалов и трудовых ресурсов.
В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2-3 ступени по сравнения с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.
Серия имеет широкий ряд модификации, специализированных исполнений на максимальных удовлетворительных нужд электропривода.
1. Выбор главных размеров
1.1 Синхронная скорость вращения поля:
1.2 Высота оси вращения:
( двигатель 4А180S4У3)
Внешний диаметр Da = 0,313 м
1.3 Внутренний диаметр статора:
1.4 Полюсное деление:
1.5 Расчетная мощность:
1.6 Электромагнитные нагрузки:
A/м
Тл
1.7 Принимаем обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки:
1.8 Расчетная длина воздушного зазора:
1.9 Отношение значение находится в рекомендуемых пределах (0,65-1,3)
2. Определение , и сечение провода обмотки статора
2.1 Предельные значения :
2.2 Число пазов статора
Принимаем тогда
Обмотка двухслойная
2.3 Зубцовое деление статора
2.4 Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии а=1)
2.5 Принимаем а = 2, тогда
принимаем
2.6 Окончательные значения
Число витков в фазе:
Линейная нагрузка:
Магнитный поток:
Для двухслойной обмотки:
при
Значения А и находятся в допустимых пределах
2.7 Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
по п. 2.6:
=
2.8 Сечение эффективного проводника (предварительно):
2.9 Сечение эффективного проводника (окончательно):
принимаем тогда
обмоточный провод ПЭТВ ,
2.10 Плотность тока в обмотке статора (окончательно):
3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Рис.1 К расчету размеров зубцовой зоны статоров с прямоугольной конфигурацией пазов
3.1 Принимаем предварительно
;
=
для оксидированных листов стали
=
3.2 Размеры паза в штампе принимаем:
3.3 Размеры паза в свету с учетом припуска на cборку:
Площадь поперечного сечения паза «в свету» для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок:
(для двухслойной обмотки)
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
— односторонняя толщина изоляции в пазу
3.4 Коэффициент заполнения паза:
Полученное значение допустимо для двигателей с (0,72÷0,74).
4. Расчет ротора
4.1 Воздушный зазор (по заданным данным):
4.2 Число пазов ротора :
4.3 Внешний диаметр ротора:
4.4 Длина магнитопровода ротора:
4.5 Зубцовое деление ротора:
4.6 Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал.
4.7 Ток в стержне ротора
4.8 Площадь поперечного сечения стержня (предварительно):
Плотность тока в стержне литой клетки принимаем:
4.9 Паз ротора определяем по рис.9.40, б :
Принимаем
Допустимая ширина зубца:
Размеры паза:
Принимаем:
Полная высота паза:
4.10 Площадь поперечного сечения стержня:
4.11 Плотность тока в стержне:
4.12 Короткозамыкающие кольца.
Площадь поперечного сечения кольца:
Размеры замыкающих колец:
На рис.2 представлены размеры замыкающих колец
Рис.2 Размеры замыкающих колец
Рис.3 К расчету трапецеидальных закрытых пазов ротора
Рис.4 Пазы статора и ротора
Поз. | Материал | Толщина материала, мм | Число слоев | Односторонняя толщина, мм |
1 | Имидофлекс | 0,35 | 1 | 0,35 |
2 | Имидофлекс | 0,25 | 1 | 0,25 |
4 | Провод ПЭТВ 1,12/1,2 | - | - | - |
5. Расчет намагничивающего тока
5.1 Значение индукций:
Расчетная высота ярма ротора при 2р=4, :
5.2 Магнитное напряжение воздушного зазора:
5.3 Магнитные напряжение зубцовых зон:
статора:
ротора:
[ по табл. П1.7,1] для стали 2013:
при ВZ1 =1,9 Тл, НZ1 =2070 А/м;
при ВZ2 =1,9 Тл, НZ2 =2070 А/м;
hZ1 =hп1 =25,9 мм;
hZ2 =hп2 -0,1∙в2 =24,7-0,1∙6,1=24,1 мм
5.4 Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
5.5 Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
[по табл. П1.6, 1] при Ва =1,55 Тл, НА =630 А/м
при ВJ =0,88 Тл, НJ =146 А/м
где
при 2р=6 :
где
5.6 Магнитное напряжение на пару полюсов:
5.7 Коэффициент насыщения магнитной цепи:
5.8 Намагничивающий ток:
относительное значение:
6. Параметры рабочего напряжения
6.1 Активное сопротивление фазы обмотки статора:
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура =115˚С;
Для медных проводников
Длина проводников фазы обмотки:
Длина вылета лобовой части катушки:
Относительное значение:
6.2 Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора:
где для алюминиевой обмотки ротора:
Приводим r2 к числу витков обмотки статора:
Относительное значение:
6.3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:
где
где:
где:
Относительное значение:
Рис.5 К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора
6.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:
где по табл. 9.27 с. 408, 1:
где kд =1 -для номинального режима
Так как то без заметной погрешности можно принять:
Приводим Х2 к числу витков статора:
Относительное значение:
Рис.6 К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутого ротора
7. Расчет потерь
7.1 Основные потери в стали:
— удельная масса стали
7.2 Поверхностные потери в роторе:
7.3 Пульсационные потери в зубцах ротора:
7.4 Сумма добавочных потерь в стали:
7.5 Полные потери в стали:
7.6 Механические потери:
для двигателей с 2р ≥ 4:
7.7 Добавочные потери при номинальном режиме:
7.8 Холостой ход двигателя:
8. Расчет рабочих характеристик
8.1 Параметры:
Используем приближенную формулу, так как :
Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:
Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики,
задаваясь скольжением S равным:
s=0,002; 0,008; 0,012; 0,016; 0,02; 0,024; 0,028
Результаты таблицы приведены в таблице 1.
Характеристики представлены на рис.7
№ | Расчетная формула | Единица измерения | Скольжение | ||||||
0,002 | 0,008 | 0,012 | 0,016 | 0,02 | Sном= 0,024 | 0,028 | |||
1. | Ом | 67,86 | 16,96 | 11,31 | 8,48 | 6,78 | 5,65 | 4,84 | |
2. | Ом | ||||||||
3. | Ом | 68,06 | 17,16 | 11,51 | 8,68 | 6,98 | 5,85 | 5,04 | |
4. | Ом | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | |
5. | Ом | 68,07 | 17,2 | 11,57 | 8,76 | 7,08 | 5,97 | 5,18 | |
6. | А | 3,23 | 12,79 | 19,01 | 25,1 | 31,07 | 36,85 | 42,47 | |
7. | - | 0,999 | 0,997 | 0,994 | 0,99 | 0,985 | 0,979 | 0,973 | |
8. | - | 0,017 | 0,069 | 0,103 | 0,136 | 0,169 | 0,2 | 0,231 | |
9. | А | 4,88 | 13,41 | 19,55 | 25,51 | 31,26 | 36,73 | 41,98 | |
10. | А | 10,25 | 11,08 | 12,15 | 13,61 | 15,45 | 17,57 | 20,0 | |
11. | А | 11,35 | 17,39 | 23,01 | 28,91 | 34,86 | 40,7 | 46,5 | |
12. | А | 3,3 | 13,06 | 19,42 | 25,64 | 31,74 | 37,6 | 43,39 | |
13. | кВт | 3,22 | 8,85 | 12,9 | 16,83 | 20,63 | 24,242 | 27,7 | |
14. | кВт | 0,075 | 0,176 | 0,308 | 0,486 | 0,707 | 0,964 | 1,258 | |
15. | кВт | 0,004 | 0,066 | 0,147 | 0,256 | 0,392 | 0,55 | 0,734 | |
16. | кВт | 0,009 | 0,021 | 0,038 | 0,06 | 0,087 | 0,119 | 0,156 | |
17. | кВт | 0,752 | 0,927 | 1,157 | 1,466 | 1,85 | 2,297 | 2,812 | |
18. | кВт | 2,468 | 7,923 | 11,74 | 15,36 | 18,78 | 21,944 | 24,888 | |
19. | - | 0,76 | 0,89 | 0,91 | 0,912 | 0,91 | 0,905 | 0,898 | |
20. | - | 0,429 | 0,771 | 0,849 | 0,882 | 0,896 | 0,902 | 0,902 |
Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Рис.7 Рабочие характеристики спроектированного двигателя
8.2 Расчет и построение круговой диаграммы.
Масштаб тока:
Масштаб мощности:
Ток синхронного холостого хода:
где
8.3 После построения круговой диаграммы рассчитаем рабочие характеристики при номинальном режиме
Ток статора:
Ток ротора:
Первичная мощность:
Электромагнитная мощность:
Полезная мощность:
КПД:
Коэффициент мощности:
Скольжение двигателя:
9. Расчет пусковых характеристик
9.1 Расчет пусковых характеристик. Рассчитываем точки характеристик,
соответствующие скольжению S = 1.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис.8.
Параметры с учетом вытеснения тока ()
Для [стр. 428, рис. 9.57, 1]
[стр.428, рис. 9.58, 1]
Активное сопротивление обмотки ротора:
где
Приведенное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:
9.2 Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:
9.4 Пусковые параметры
9.5 Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока для :
9.3 Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для S=1 коэффициент насыщения
и
[по рис. 9.61, с.432, 1 для ]
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:
где
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
Для закрытых пазов ротора:
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения:
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения:
где
Расчет токов и моментов:
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений , соответствующим скольжениям :
Таблица 2. Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока
№ | Расчетная формула | Размерность | Скольжение | |||||
1 | 0,8 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,137 | |||
1. | - | 1,5 | 1,35 | 1,06 | 0,67 | 0,47 | 0,557 | |
2. | - | 0,33 | 0,23 | 0,11 | 0,02 | 0,005 | 0,01 | |
3. | мм | 17,8 | 19,2 | 21,3 | 23,23 | 23,58 | 23,46 | |
4. | - | 1,24 | 1,15 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
5. | - | 1,16 | 1,098 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
6. | Ом | 0,15 | 0,16 | 0,13 | 0,13 | 0,13 | 0,13 | |
7. | - | 0,87 | 0,92 | 0,95 | 0,975 | 0,985 | 0,98 | |
8. | - | 2,86 | 2,91 | 2,94 | 2,973 | 2,984 | 2,979 | |
9. | - | 0,97 | 0,985 | 0,99 | 0,995 | 0,997 | 0,996 | |
10. | Ом | 0,68 | 0,689 | 0,693 | 0,696 | 0,698 | 0,697 | |
11. | Ом | 0,34 | 0,396 | 0,457 | 0,853 | 1,51 | 1,156 | |
12. | Ом | 1,14 | 1,158 | 1,162 | 1,165 | 1,167 | 1,166 | |
13. | А | 186,4 | 179,7 | 176,1 | 152,3 | 115,3 | 134 | |
14. | А | 190,5 | 183,8 | 180,1 | 155,8 | 118,1 | 137,2 |
Для расчета других точек характеристики зададимся , уменьшенным в зависимости от тока (см.табл. 2):
Таблица 3. Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
№ | Расчетная формула | Размерность | Скольжение | |||||
1 | 0,8 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,137 | |||
1. | - | 1,4 | 1,3 | 1,2 | 1,1 | 1,05 | 1,069 | |
2. | А | 4175 | 3740 | 3383 | 2682 | 1941 | 2295 | |
3. | Тл | 5,6 | 4,97 | 4,5 | 3,56 | 2,58 | 3,05 | |
4. | - | 0,42 | 0,48 | 0,52 | 0,64 | 0,79 | 0,72 | |
5. | мм | 5,6 | 5 | 4,6 | 3,5 | 2 | 2,7 | |
6. | - | 1,09 | 1,108 | 1,121 | 1,162 | 1,237 | 1,198 | |
7. | - | 0,69 | 0,792 | 0,858 | 1,056 | 1,303 | 1,188 | |
8. | Ом | 0,32 | 0,335 | 0,344 | 0,37 | 0,404 | 0,388 | |
9. | - | 1,0102 | 1,0107 | 1,011 | 1,0118 | 1,0129 | 1,012 | |
10. | мм | 8,9 | 8 | 7,4 | 5,5 | 3,2 | 4,3 | |
11. | - | 2,29 | 2,348 | 2,385 | 2,449 | 2,53 | 2,484 | |
12. | - | 0,97 | 1,113 | 1,206 | 1,484 | 1,832 | 1,67 | |
13. | Ом | 0,45 | 0,483 | 0,498 | 0,537 | 0,587 | 0,563 | |
14. | Ом | 0,34 | 0,396 | 0,456 | 0,85 | 1,508 | 1,154 | |
15. | Ом | 0,77 | 0,823 | 0,847 | 0,913 | 0,998 | 0,957 | |
А | 261,9 | 241 | 228,7 | 176,4 | 121,7 | 146,7 | ||
А | 265,7 | 244,7 | 232,4 | 179,5 | 124,1 | 149 | ||
- | 1,39 | 1,33 | 1,29 | 1,15 | 1,05 | 1,086 | ||
- | 6,52 | 6,1 | 5,74 | 4,54 | 3,15 | 3,66 | ||
- | 1,35 | 1,39 | 1,77 | 2,64 | 2,51 | 2,66 |
Рис. 8 Пусковые характеристики
10. Тепловой расчет
10.1 Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя.
10.2 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:
где
10.3 Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:
10.4 Повышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:
10.5 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:
10.6 Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
11. Расчет вентиляции
11.1 Расчет вентиляции, требуемый для охлаждение расходов воздуха:
Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:
Список литературы
1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / П79 И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Высш.шк., 2002. – 757 с.: ил.
2. Методические указания к выполнению курсового проекта по электрическим машинам. №11, 1990г. (№128, 1984).
www.ronl.ru
, кВт
