Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Дальневосточный Государственный Университет

Путей Сообщения

Электроэнергетический институт

Кафедра ”ЭтЭЭм”

Курсовой проект

на тему: “ Асинхронные двигатели с фазным ротором

и схемы управления”

КП. 1406000 -638

Выполнил: Новикова М.В.

Проверил: Ющенко Л.В.

Хабаровск

2015г.

Введение……………………………………………………..………………………….3

1. Выбор и расчет основных размеров и параметров асинхронного двигателя с фазным ротором..…………………………………………………..…………………..4

2. Проверочный расчет магнитной цепи……….........................................................14

3. Схема развертки обмотки статора ………...…………………………………...…15

4. Механическая характеристика асинхронного двигателя……………………......17

5. Расчет пусковых сопротивлений и пусковая диаграмма. ….……………...…….20

6. Управление электроприводами с асинхронными двигателями…........................25

Заключение………………….………………………………………………..……… 26

Список литературы…………………………………………………………………...27

Введение

Электрическая энергия имеет большое преимущество перед другими видами энергии: её можно передавать на большие расстояния, удобно распределять между потребителями, сравнительно просто и с высоким КПД преобразовывать в другие виды энергии. Процессом преобразования электрической энергии легко управлять и при этом автоматически получать необходимые характеристики преобразованной энергии

Электрическая энергия производится на электростанциях, где атомная тепловая или энергия падающей воды преобразуется в электрическую при помощи электромеханического генератора.

Передача электрической энергии от электростанций к потребителям осуществляется по ЛЭП с применением трансформаторов,

Около 70% всей электрической энергии на месте потребления преобразуется в механическую энергию с помощью электродвигателей, предназначенных для электропривода различных машин и механизмов.

Электрический привод нашёл широкое применение в технологическом оборудование локомотивных и вагонных депо, локомотиворемонтных и вагоноремонтных заводах, а также на других предприятиях. Большое распространения получил он и в быту.

На первом этапе развития электропривода его основу составляли коллекторные двигатели постоянного тока. Однако сначала 90-х годов прошлого столетия в промышленности широко применяется изобретённый

М.О. Доливо-Добровольским трех фазный асинхронный бесколлекторный двигатель.

Двигатели этого типа более дешёвые, надёжные и не требующие дорогих преобразовательных установок. Они дают более эффективное динамическое торможение в одну ступень с небольшим начальным ударным моментом.

Асинхронные двигатели (АД), выполненные с коротко замкнутым ротором, имеют недостаток, выражающийся в невозможности плавного регулирования частоты вращения без специальных преобразовательных установок. У другого типа асинхронных двигателей на роторе располагается обмотка аналогичная статорной обмотке. Вывода обмотки через кольца и щётки подключаются к реостату, который служит для пуска двигателя с повышенным начальным моментом или для регулирования его частоты вращения. Этот тап двигателя называется двигателем с фазным ротором или с контактными кольцами.

Таким образом, электрические машины являются существенным элементом энергетических систем и установок. Поэтому для специалистов работающих в самых разных отраслях электротехники необходимо изучение основ электрических машин и основ электропривода.

1. Выбор и расчёт основных размеров и параметров асинхронного двигателя с фазным ротором.

1.1 Главные размеры асинхронной машины и их соотношения.

К главным размером асинхронной машины относятся:

- внутренний диаметр D;

- расчетная длина воздушного зазора Lб.

Эти размеры связаны с другими параметрами так называемой машиной постоянной.

(1.1)

где: ω1 – синхронная угловая частота вращения магнитного поля статора ω1=2πn1/60; S1 – расчетная мощность, кВА; aб – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, равный отношению полюсной дуги βn к полюсному делению τ; Кв – коэффициент, зависящий от формы кривой магнитного поля в воздушном зазоре ; Коб – обмоточный коэффициент; А – линейная нагрузка, А/м; Вб – магнитная индукция в зазоре, Тл.

1.2 Определение главных размеров асинхронной машины.

Предварительно число пар полюсов статора определяется по формуле:

(1.2)

где:

- частота напряжения сети; n1 – синхронная частота вращения магнитного поля статора (принимается по заданию на расчёт).

Расчетная мощность определяется из выражения.

(1.3)

где: КЕ=0,97 – коэффициент, показывающий какую часть от номинального напряжение составляет ЭДС в обмотке статора (принимается по графику рис.1.1. [1]); Рн=4,5 – мощность на валу двигателя, кВт (принимается по заданию); =80,5% - коэффициент полезного действия и cosφн=0,75– коэффициент мощности (принимается по таблице 1.1. [1]); .

, кВА

По графику рис.1.2.[1]определяем высоту оси вращения двигателя по заданной мощности: h=0,175 м

Зная h из таблицы 1.2.[1] принимаем Da=0,313 м

Определить внутренний диаметр D по выражению.

(1.4)

где KD- коэффициент в зависимости от 2Р1: KD=0,235

Da=0,313 м

D=0,75·0,313=0,235 м

Полюсное деление статора определяется из выражения.

(1.5)

м =9,2 см

Далее из формулы (1,1) определяется расчетная длина статора.

(1.6)

Коэффициенты полюсного перекрытия αб и формы поля КВ принимается из расчета синусоидального поля в воздушном зазоре;

αб=2/π≈0,64; КВ=π/2

≈1,11.

Значение обмоточного коэффициента предварительно принимается;

- для однослойных обмоток Коб=0,95÷0,96.

Принимаем однослойную обмотку Коб=0,955; зная Da=0,313 м определяем по графику: А=33·103 А/м

Вб=0,79 Тл

ω1=2πn1/60=2·3,14·750/60=78,54 (1.7)

1.3 Обмотка, паза и ярма статора.

Число пазов статора. Предварительный выбор зубцового деления t1 осуществляется по рис 1.4.[1]

При h=230мм выбирается 2-я зона при м

t1min=0,01

t1max=0,013

Возможное число пазов статора .

(1.8)

где D=0,302 м

Z1min=56,73 Z1max=73,749

Окончательно число пазов статора Z1; принимаем Z1=72

(1.9)

Тогда зубцовый шаг статора.

(1.10.)

t1>[6÷7]мм

Число проводников в пазу.

Количество эффективных проводников:

(1.11)

где a1=1 число параллельных ветвей в обмотке, равно единице, а номинальный ток обмотки статора.

(1.12)

A=33·103

t1=0,01м

Число витков в фазе обмотки.

(1.13)

Окончательное значение линейной нагрузки.

(1.14)

А/м

Площадь сечения около S ≈ 2,5 ,мм2

<2,5 мм2 (1.15)

где I1н=18,976 A; nэл- число элементарных проводников в одном эффективном.

Jдоп=5,0÷6,5 А/мм; a1=1

Примем Jдоп=6,5А/мм2

мм2

не удовлетворяет условию приведенному ранее, поэтому рассчитаем при nэл = 2 мм2

Из таблицы выбираем стандартное сечение проводника Sс1 ближайшее к S’ =1,46. Марка ПЭТВ – эмалированный проводник.

Sc- площадь поперечного сечения не изолированного провода Sc=1,539 мм2 номинальный диаметр неизолированного провода d=1,4 мм.

Среднее значение диаметра изолированного провода dиз=1,485 мм.

Уточняем плотность тока, А/мм2

(1.16)

А/мм2

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция.

Общее число проводников в пазу.

(1.17)

шт

Площадь, занимаемая проводниками, мм2.

(1.18)

мм2

Свободная площадь паза

(1.19)

где Кз – коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками. Для обмоток в машине мощностью 0,6-100 кВт рекомендуется принимать Кз=0,68÷0,74 принимаем К з=0,68.

мм2

В современных машинах, как правило, при всыпных обмотках используется трапецеидальные пазы, так как в этом случае активная зона машины оказывается использованной наилучшим образом. Размеры пазов должны быть такими, чтобы зубцы имели параллельные стенки.

Внешний диаметр: Da=313 мм

Внутренний диаметр: D=234,75мм

Число пазов Z1=72

Угол между пазами α=

Высота ярма статора, м

(1.20)

где hZ1- находим из эскиза по рис. 1. мм

, мм

1.4. Расчёт фазного ротора

Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и полюсов, сколько и обмотка, т.е.

m2 = m1 и p2 = p1.

где p1 = p2 = 4

m1 = m2 = 3

Число пазов полюсов и фазы ротора q2, а также число пазов ротора Z2 определяется по формуле:

(1.21)

Определяем число витков по формуле:

(1.22)

При: q2≥1 в фазе роторов с катушечной обмоткой устанавливаем значение ЭДС фазы Е2 соединяем в звезду по формуле:

(1.23)

где U2K - напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя, которое должно находиться в пределах 150÷200 В.

Примем U2K =195

Принимаем: =192

Определяем число эффективных проводников в пазу:

(1.24)

Уточняем число витков в фазе

W2=uп2·р2·q2 (1.25)

W2=12·4·4=192

И проверятся Uф2 напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя:

В (1.26)

Фазный ток ротора:

,А (1.27)

где Кj – коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивление обмоток на отношение I1 / I2, принимается по рис.1.7.[1] при

cos φн =0,81, Кj=0,85; Кпр – коэффициент для приведения параметров неподвижного ротора к параметрам статора.

(1.28)

где Коб1, Коб2 – обмоточный коэффициент статора и ротора;

коэффициент Коб определяем по таблице 1.6.[1] и примем при q2 = 4; Коб2 = 0,955.

Подставим Кпр , получим:

Внешний диаметр ротора, м, определяется по формуле:

(1.29)

Зубцовое деление (зубцовый шаг) ротора, м.

(1.30)

Площадь сечения

<2,5,мм2 (1.31)

применим nэл2 = 1

>2,5,мм2

применим nэл2 = 2

<2,5,мм2

S2’=1,3137 примем Sc=1,368 мм2

d=1,32 мм.

dиз=1,405 мм

Уточняем плотность тока, А/мм2

(1.32)

А/мм2

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция.

Общее число проводников в пазу.

(1.33)

Площадь, занимаемая проводниками, мм2.

(1.34)

,мм2

Свободная площадь паза

(1.35)

,мм2

Число пазов Z2=96

Угол между пазами α=

Высота паза мм

1.5. Параметры двигателя.

Параметрами асинхронного двигателя называют активное и индуктивное сопротивление обмоток статора R1, X1, ротора R1, X1, сопротивление взаимной индуктивности X12 и расчётное сопротивление R12 (Rμ), введением которого учитывают потери мощности в стали статора.

Для расчёта активного сопротивления необходимо определить среднюю длину витка обмотки, м, состоящею из суммы прямолинейных пазов и изогнутых лобовых частей катушки, определяется по формуле:

(1.36)

Точный расчёт длины лобовой части обмотки трудоёмок, поэтому необходимо использовать эмпирические формулы.

Приводится формула для расчёта лобовой части всыпных обмоток:

(1.37)

где КЛ – коэффициент, (принимаемый из таблице) КЛ = 1,9;

bКТ – средняя ширина катушки, м, определяется по дуге окружности, проходящей по серединам высоты паза:

В статоре:

(1.38)

В роторе:

(1.39)

В – длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начало отгиба лобовой части, м, В=0,015 м; β – относительное укорочение шага обмотки, для диаметральных обмоток β =1.

Общая длина проводников фазы обмотки, м,

(1.40)

Рассчитаем для статора:

Рассчитаем для ротора:

Активное сопротивление фазы обмотки:

(1.41)

где p – удельное сопротивление медного материала обмотки; при расчётной температуре p = 1/46.

, Ом

Рассчитаем приведённое сопротивление ротора. Определяется по формуле:

(1.42)

, Ом

2. Проверочный расчет магнитной цепи.

Магнитный поток, Вб в воздушном зазоре определяется из выражения:

(2.1)

где КЕ=0,97 ; КВ =1,11 определяется по формуле ; К об1=0,955

, Вб

Магнитная индукция, Тл, в воздушном зазоре должна незначительно отличатся от предварительно принятой:

(2.2)

, Тл

Магнитная индукция, Тл, в зубце статора при постоянном сечении определяется по формуле:

(2.3)

где KC = 0,97 – коэффициент заполнения стали; bz1=0,006 м – ширина паза.

Магнитная индукция в ярме статора рассчитывается по формуле:

(2.4)

Тл

Значение Вс ≤1,15÷1,35 Тл для 2р1=8, удовлетворяет значению

Принимаем намагничивающий ток Iμ=0,25

3. Схема развёртки обмотки статора.

Z1=72 число пазов, 2p1=8

Полюсное деление в пазах определяется по формуле:

(3.1)

Число пазов определяется по формуле:

(3.2)

4. Механическая характеристика асинхронного двигателя.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость его угловой частоты вращения от развиваемого момента ω=f(M). Часто механическую характеристику представляют в виде зависимости числа оборотов в минуту от момента n=f(M). Так как ω и n связаны постоянным соотношение n=(30/π)ω, то очертание обеих характеристик подобны.

Для трёхфазного асинхронного двигателя зависимости частоты вращения ротора от электромагнитного момента выражается громоздкой функцией, неудобной для анализа. Поэтому широкое применение получила зависимость момента от скольжения М=f(S), причём частота вращения ротора и скольжения связаны простым соотношением n=n(1-S).

Характеристики делятся на естественные и искусственные.

Естественная характеристика двигателя соответствует основной схеме его включения и номинальным параметром питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя неноминальным напряжением характеристики также отличаются от естественной характеристики.

Искусственные характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором и способы их получения рассмотрены в разделе. 5.

4.1. Расчёт и построение механической характеристики.

Для расчёта характеристики М=f(S) и механической характеристики ω=f(M) воспользуемся известной упрощенной формулой Клосса:

(4.1)

где М – развиваемый двигательный момент, Нм, при соответствующем скольжении; S; SКр- критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту Мmax на механической характеристике.

Для номинального режима работы выражение (4.1) примет вид:

(4.2)

где SН – скольжение в номинальном режиме двигателя (дается в задании), или, используя известные параметры, получим; SН =3.2%=0,032

(4.3)

где PН=4.5 кВт:

Угловая частота вращения ротора ω с угловой синхронной частотой магнитного поля ω1 связана соотношением:

(4.4)

Тогда в номинальном режиме ωн = ω1(1-Sн).

ωн = 78.54.(1-0,032)=76.027 об/мин

Н.м.

Максимальный момент определяется из соотношения Мmax / Mн, приведенного в задании.

(4.5)

Н.м.

Таким образом, в выражении (4.1.2.) неизвестным остается скольжение Sкр, которое необходимо выразить и рассчитать.

Учитывая, что 0<SКР<1 и SКР>SН выбираем SКР1=0.12629

Рассчитаем SКР1 по проверочной формуле:

Далее подставляем в выражение (4.1.4.) значение скольжения S от1 до 0, получают значение М для этих скольжений. И для них же определяют угловую частоту ротора ω:

(4.6)

(4.7)

(4.8)

Таблица 1

Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления 📙 Курсовая → 🆔 28752