Электротехническая промышленность

СОДЕРЖАНИЕ 

Задание 2

Введение 5

1. Определение главных параметров 7
2. Определение числа пазов, витков в сечения провода 9
3. Расчёт зубцовой зоны статора и воздушного зазора 13
4. Расчёт короткозамкнутого ротора 16
5. Расчёт магнитной цепи 20
6. Параметры рабочего режима 23
7. Расчёт потерь 27
8. Расчёт рабочих характеристик 30
9. Расчёт пусковых характеристик 31
10. Оценка спроектированного двигателя 37

Заключение 38

Список  использованной литературы 39

Приложение 1 40

Приложение 2 41

Приложение 3 42

Спецификация 43

 

ВВЕДЕНИЕ

   

  Электротехническая промышленность, несмотря на все трудности после перестроечного периода, остается ведущей отраслью в государстве. Продукция используется во всех промышленных, сельскохозяйственных, военных и бытовых установках. Поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей.

  Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому их технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства имеют важное значение для экономики нашей страны.

  Проектирование  электрических машин - это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умение применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.

  При создании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при ее изготовлении трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала высокой надежностью и наилучшими энергетическими показателями, при этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.

  При проектировании электрических машин необходимо учитывать соответствие их технико-экономических  показателей современному уровню при  соблюдении требований государственных и отраслевых стандартов, а также назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструктивных

 

   материалов, КПД, технологию производства, надежность в работе и патентную чистоту.

   Расчет и  конструирование электрических машин неотделимы от технологии их изготовления. Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможности электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению трудоемкости изготовления электрических машин.

  Электрические машины массового производства выпускают едиными сериями. Только асинхронных двигателей единых серий изготовляют несколько миллионов штук в год.

  При проектировании индивидуальной машины или небольшой  серии критерий оптимизации согласовывается  с заказчиком.

  Выбрать оптимальный вариант производства электрической машины можно, сопоставив многие варианты расчета, поэтому без вычислительных машин не обходится ни один серьезный расчет электрических машин. В настоящее время ЭВМ применяют для выполнения полного оптимизационного расчета электрической машины, ведутся работы по созданию системы автоматизированного проектирования электрических машин, которая должна не только выполнять расчет машины, но и выдавать рабочие чертежи. Предполагается, что в будущем автоматизированные системы проектирования будут выполнять работу от приема заказа на проектирование до испытания без ее изготовления (прогнозирование геометрии, надежности и характеристик).

  В рамках данного курсового проекта мне  предлагается спроектировать асинхронный  двигатель серии 4А.

 

  1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ  ПАРАМЕТРОВ

1. Число пар полюсов

         (1)

   2р=2

1.2 Высота оси вращения  h

   Принимаем стандартное ближайшее значение h=180мм; D_a=313мм по рисунку 3 [1. c. 11]

1.2 Внутренний диаметр статора D

         (2)

 

    (3)

   

   η, cosφ – КПД и коэффициент мощности двигателя в номинальном режиме, определяемые по приложению 3 [1. c 54]

k_E = 0,975

η = 0,905

cosφ = 0,9

1.4. Расчетная длина воздушного зазора l_d

      (4)

   

 

   где  Р` - расчетная мощность, Вт;

        D - внутренний диаметр статора, м;

       W - угловая частота вращения,  

       k_В - коэффициент формы поля, k_В=1,11;

       k_об1=0,91 (принимаем при 2p=2);

       А - линейная нагрузка = 38000А/м

       В_d - индукция в воздушном зазоре, = 0,74Тл

   Данные  берутся из [1. c. 11-13]

1.5 Полюсное деление

     (5)

   

     (6)

   

   Проверка  отношения полностью подтвердила правильность выбора отношения.

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ, ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА

2.1. Возможные числа  пазов статора

 (7)

, - предельные значения зубцового деления статора

= 17,3 мм, = 14,3 мм по рисунку 8 [1. c. 15]

Принимаем , тогда    (8)

2.2. Окончательное значение  зубцового деления статора

 (9)

2.3. Номинальный фазный  ток статора

 (10)

2.4. Число эффективных  проводников в  пазу

    (11)

 

 Принимаем а = 2, тогда u_п1 = 42 округляем до ближайшего  четного значения.

 

2.5. Окончательные  значения величин

Число витков фазы обмотки статора

         (12)

Линейная токовая  нагрузка

         (13)

Значительное  совпадение предварительно выбранного значения и значения, полученного  в результате расчетов подтверждает их правильность.

2.6. Шаг двухслойной  обмотки статора 

         (14)

      

Уточнённый относительный  шаг 

2.7. Коэффициент укорочения, распределения и  обмоточный коэффициент

Коэффициент укорочения

              (15)

Коэффициент распределения

        (16)

   

 

Обмоточный коэффициент

    (17)

Нет необходимости  пересчитывать ранее полученные данные в связи с полным совпадением  предварительного и реального обмоточных коэффициентов.

2.8. Магнитный поток  обмотки статора

           (18)

                                         (19)

Полученное значение B_δ не выходит за рекомендованные пределы  

2.9. Предварительное  значение плотности  тока в обмотке  статора 

         (20)

AJ₁ выбирается равным 185 ∙ 10⁹ по рисунку 9 [1. c. 17]

2.10. Сечение эффективного проводника (предварительно)

         (21)

Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем  n_эл = 2, тогда

        (22)

 

   Диаметр изолированного провода d_ИЗ=1,33 мм

2.11. Окончательное значение  плотности тока  в обмотке статора

Окончательное значение плотности тока в обмотке  статора:

         (23)

 

3. РАСЧЕТ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА

3.1. Предварительные  значения ширины  зубца и высоты  ярма статора

      l_ст2= l_ст1=l_δ 

B_Z1 = 1,825 Тл, B_a= 1,525Тл, B_Z2 = 1,875Тл

Данные выбираются по [1. c. 20]

        (24)

k_С – коэффициент заполнения пакета сталью: k_С = 0.97

             (25)

   

3.2. Паз статора

 При h≥160мм принимаем = 1мм; = 4мм

                        (26)

          (27)

    (28)

 

 

  (29)

3.3. Некоторые размеры  заполненного паза

         (30)

         (31)

    (31)

 

При h = 160…250 мм припуски по ширине и высоте паза принимают равными:

 

                                                     (32)

                       

 (33)

                           (33.1)

3.4. Площадь поперечного  сечения паза для  размещения проводников обмотки

 (34)

 

 

Односторонняя толщина изоляции в пазу b_из = 0.4 мм

        (35)

3.5. Коэффициент заполнения  паза

k_з входит  в установленный предел.

3.6. Воздушный зазор  δ

δ = 0,8 мм по рисунку 10 [1. c 21]

 

4. РАСЧЕТ КОРОТКОЗАМКНУТОГО РОТОРА

4.1 Число пазов ротора Z₂

   т.к. Z₁= 36  то а 2p=2 то Z₂= 28 по таблице 8 [1. c. 23] 

4.2. Внешний D₂  и внутренний D_j диаметры сердечника ротора

        (36)

        (37)

4.3. Длина сердечника ротора

   Длина сердечника ротора l_ст2 при h ≤ 250 мм принимается равной

      l_ст2= l_ст1=l_δ= 0,112 м  (38)

4.4. Зубцовое деление  ротора

        (39)

4.5. Ток и площадь  поперечного сечения  стержня ротора

        (40)

   k_i – коэффициент, учитывающий влияние намагничивающего тока и сопротивление обмоток k_i = 0,92 по рисунку 11 [1. c. 24]

   Коэффициент приведения тока ротора к обмотке  статора

           (41)

   

   Площадь поперечного сечения стрежня  ротора

            (42)

 

   

    Плотность тока в стержне литой клетки принимаем 

   J₂ = 3,45 ∙10⁶ А/м²

4.6. Исполнение пазов  в роторе

   В двигателях при h= 160…250 мм выполняют трапецеидальные закрытые пазы с размерами шлица h_Ш2= 0,7 мм, b_Ш2= 1,5 мм

   Выполняют на роторе закрытые грушевидные пазы и зубцы с параллельными гранями.

   Высота  перемычки над пазом в двигателях h'_ш2 = 0,3 мм.

   Шлиц  не выполняется.

4.7. Ширина зубца ротора

        (43)

   B_Z2 = 1,875 Тл принимаем предварительно.

   Листы ротора выполняются также из стали марки 2013 толщиной 0,5 мм и не изолируются; при этом k_c= 0,97

4.8. Основные размеры  паза ротора

 (44)

 (45)

 

 

 (46)

4.9. Окончательные значения  сечения стержня  и плотность тока

    (47)

   Плотность тока

        (48)

4.10. Полная высота  паза и расчетная  высота зубца ротора

   Полная  высота паза

        (49)

      

   Расчетная высота зубца ротора

         (50)

4.11. Ток в короткозамыкающем  кольце ротора

          (51)

        (52)

4.12. Короткозамыкающие  кольца ротора

         (53) 

 

    где  

4.13. Средняя высота  кольца

        (54)

        (55)

        (56)

4.14. Средний диаметр короткозамкнутого кольца

 (57)

 
5. Расчет магнитной цепи

5.1. Окончательное значения  индукций

   - в  зубцах статора и ротора

         (58)

                                    (59)

   - в  ярмах статора и ротора

                        (60)

                             (61)

        (62)

5.2. Коэффициент воздушного  зазора k_δ

  (64)

 

 

 

                              (65)

5.3. Магнитное напряжение  воздушного зазора

        (66)

5.4. Магнитное напряжение  зубцовых зон статора  и ротора

   По  рисунку 13 [1. c 29] H_z1 = 1520, H_z2 = 2070 

         (67)

h_Z1 = h_п1 = 34,15 мм

         (68)

5.5. Коэффициент насыщения  зубцовой зоны

                                (70)

   Коэффициент К_Z должен находиться в промежутке от 1,2 до 1,5 для наиболее целесообразного насыщения зубцовой зоны.

5.6. Длина средней магнитной линии ярм статора и ротора

         (71)

 

 

 (72)

5.7. Магнитное напряжение  ярм статора и  ротора

   По таблице 10 [1. c 30] H_a = 1520, H_j = 124

         (73)

         (74)

5.8. Магнитное напряжение  на пару полюсов

         (75)

5.9. Коэффициент насыщения  магнитной цепи

         (76)

5.10. Намагничивающий ток

            (77)

5.11. Относительное значение намагничивающего тока

         (78)

 

6. Параметры рабочего режима

6.1. Длина проводников  фазы обмотки статора

         (79)

   средняя длина витка обмотки

            (80)

   

            (81)

   

   длина лобовых частей обмотки

         (82)

         (83)

         (84)

    = 1,2; = 0,26; B = 0,01

6.2. Активное сопротивление  фазы обмотки статора

         (86)

6.3. Относительное значение  активного сопротивления  статора

         (87)

 

6.4. Активное сопротивление  фазы короткозамкнутого ротора

                    (88)

                               (89)

         (90)

   Активное  сопротивление ротора, приведенное  к обмотке статора

         (91)

6.5. Относительное значение  активного сопротивления  ротора

         (92)

6.6. Коэффициенты магнитной  проводимости обмотки  статора пазового  рассеяния

         (93)

 

   лобового  рассеяния

                 (94)

   дифференциального рассеяния

         (95)

   При отсутствии скосов

  (96)

   

         (97)

       

   При отсутствии скосов пазов β_ск = 0

 

6.7. Индуктивное сопротивление  рассеяния фазы  обмотки статора

  (98)

          (99)

 

6.8. Коэффициенты  магнитной проводимости  короткозамкнутой  обмотки ротора

    (100)