Проектирование электромашин

 

Министерство образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра               ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ   

 

Согласовано: Гл. специалист предприятия   "_____"___________________г.

Утверждаю: Зав. кафедрой                                   "_____"_______________г.

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту (работе) по  проектированию электрических машин                                       

 

на тему:  проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

 

Автор проекта (работы)                                                    

 

Специальность         140400, электроэнергетика и электротехника                                                               

 

Обозначение курсового проекта (работы)                    группа ЭМ-11 

Руководитель проекта                                                       Гречкин В. В.           

                                                     

Проект (работа) защищен(а)                         Оценка                                  

                                                       

 

 

 

 

Новосибирск 2014 г. 
Министерство образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра               ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ   

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Студент Пронченко К. И.             Код                Группа   ЭМ-11  

1. Тема Асинхронный электродвигатель типа,

4А132М4У3                               IP-44                             

2. Срок предоставления  проекта (работы) к защите 

       "____"_______________20___г.

3. Исходные данные для  проектирования (научного исследования) асинхронного  двигателя с короткозамкнутым ротором                                               

3.1. Номинальная мощность, кВт             11 

3.2. Номинальное напряжение, В           220 

3.3. Частота вращения (синхронная), об/мин       1460 

3.4. Коэффициент мощности, о.е., не менее        0,87 

3.5. Коэффициент полезного  действия, %, не менее       87,5   

3.6. Высота оси вращения, мм           132 

3.7. Перегрузочная способность, о.е., не менее     

3.8. Кратность начального пускового момента   и пускового тока

4. Содержание пояснительной  записки курсового проекта (работы):

4.1. Введение

4.2. Разработка технического  задания

4.3. Выбор главных размеров

4.4. Электромагнитный расчет

4.5. Вентиляционный расчет

4.6. Тепловой расчет

4.7. Описание конструкции

4.8. Заключение

5. Перечень графического  материала:

5.1.    Общий вид в 2 проекциях 

5.2.      

Руководитель проекта (работы)           Задание принял к исполнению       "  "   20   г.

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………...4

1. Техническое задание…………………………………………………………………...5

2. Выбор главных размеров……………………………………………………………....6

3. Электромагнитный расчет……………………………………………………………15

4. Параметры рабочего режима……………………………...………………………….18

5. Расчёт потерь………………………………………………………………………….22

6. Расчет рабочих характеристик……………………………………………………….25

7. Расчёт пусковых характеристик……………………………………………………...29

Заключение……………………………………………………………………………….34

Список использованных источников…………………………………………………...35

 

 

Введение

Асинхронные двигатели получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических двигателей переменного тока. Объясняется это простотой конструкции, надежностью в работе и удовлетворительными рабочими характеристиками. Области применения асинхронных двигателей, составляющих основу современного электропривода, весьма широкие – от привода устройства автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования. Наибольшее применение имеют трёхфазные асинхронные двигатели серии 4А, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты.

Серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0.06 до 400 кВт и выполнена на 17 стандартных высотах оси вращения, причем шкала мощностей содержит 33 ступени. Основными исполнениями являются закрытое обдуваемое (4А) и защищённое (4АН). Применение изоляции класса нагревостойкости F и новых сортов электротехнической стали дало возможность повысить электромагнитные нагрузки. Это позволило увеличить мощность двигателей при тех же высотах оси вращения, что и в прежних сериях, улучшить их технико-экономические показатели.

Двигатели выполняются на следующие номинальные напряжения: 220/380 В – при мощностях от 0.06 до 0.37 кВт, 220/380 и 380/660 В – при мощностях от 0.55 до 110 кВт, 380/660 В – при мощностях более 132 кВт.

Спроектированный двигатель может быть применён для привода механизмов с неизменной частотой вращения: привода вентиляторов, насосов, транспортеров и обрабатывающих станков или других устройств, не требующих регулирования частоты вращения приводного двигателя.

 

1. Техническое задание

Сконструировать и рассчитать асинхронный двигатель 4А132М4У3 с короткозамкнутым ротором по заданным исходным характеристикам, установленным в соответствии с требованиями государственных и отраслевых стандартов.

В качестве базовой модели принимается асинхронный двигатель серии 4А с короткозамкнутым ротором. Конструктивное исполнение по способу монтажа IM1001. Исполнение по степени защиты - IP44, категория климатического исполнения – У3, изоляция класса нагревостойкости F, режим работы – продолжительный.

Для данного двигателя применяется сталь марки 2013 в соответствии с ГОСТ 21427.3-83. Сердечники статора и ротора собраны из штампованных листов электротехнической стали. Обмотка короткозамкнутого ротора и закорачивающие кольца выполняются алюминиевыми, обмотка статора – медной.

 

2. Выбор главных размеров
1. Высота оси вращения принимается по исходным данным:

 

 – внешний диаметр статора принимаем по рекомендации [1]:

 

2. Внутренний диаметр статора:

 

где – коэффициент, характеризующий отношения внешнего и внутреннего диаметров сердечника статора, выбираем по рекомендации [1].

3. Полюсное деление:

 

4. Расчетная мощность:

 

где - коэффициент, характеризующий отношения ЭДС обмотки  статора к номинальному напряжению, выбираем по рекомендации[1].

5. Расчетная длина магнитопровода:

 

где - коэффициент формы поля, выбираем , - обмоточный коэффициент, предварительно выбираем , и - электромагнитные нагрузки, предварительно выбираем по рекомендации [1], - синхронная угловая скорость двигателя, находится по формуле:

 

где - частота питания сети.

Критерием правильности выбора главных размеров и служит отношение:

 

  находится в нужных пределах по [1], значит главные размеры и выбраны правильно.

6. Определение и площади поперечного сечения провода обмотки статора.
1. Число пазов статора:

 

 

где и - максимальное и минимальное зубцовое деление статора, принимаем и , по рекомендации [1].

Принимаем , по указанию преподавателя.

Тогда, – число пазов на полюс и фазу равно:

 

где – число фаз.

Обмотка однослойная.

2. Зубцовое деление статора:

 

3. Число эффективных проводников в пазу:

 

где – номинальный ток обмотки статора, находится по формуле:

 

Принимаем число параллельных ветвей обмотки , тогда:

 

4. Окончательные значения:

Число витков в фазе обмотки:

 

Значение потока:

 

Индукция в воздушном зазоре:

 

 

Значения и А находятся в допустимых пределах по рекомендации [1].

5. Плотность тока в обмотке статора:

 

где значение произведения линейной нагрузки на плотность тока принимаем по рекомендации [1], .

6. Площадь поперечного сечения эффективного проводника(предварительно):

 

7. Сечение эффективного проводника(окончательно):

Принимаем число элементарных проводников тогда сечение элементарного проводника равно:

 

Принимаем круглый провод:

 

 

8. Плотность тока в обмотке статора(окончательно):

 

7. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

Принимаем трапецеидальный паз по рекомендации [1].

1. Ширина зубца статора:

 

высота ярма статора определяется по:

 

где – индукция в зубце статора при постоянном сечении и в ярме статора принимается по рекомендациям [1], и , – коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора, принимаем по рекомендации [1], , так как способ изолирования – оксидирование.

2. Размеры паза статора в штампе:

высота шлица паза статора: ,

ширина шлица паза статора:

угол наклона грани клиновой части

принимаем по рекомендациям [1].

Размеры паза в штампе рассчитываем по:

 

 

 

 

Паз статора представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Паз статора

 

3. Размеры паза статора в свету с учетом припуска на сборку:

 

 

 

где – припуски на шихтовку сердечников принимаем по рекомендациям [1], и .

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки определяем по:

 

где – площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу, определяем по:

 

где – односторонняя толщина изоляции в пазу, принимаем по рекомендации [1], .

4. Коэффициент заполнения паза:

 

полученное значение допустимо по рекомендации [1].

8. Выбор воздушного зазора

Односторонний воздушный зазор между статором и ротором определяем по формуле:

 

9. Расчет ротора
1. Число пазов ротора:

 

2. Внешний диаметр ротора:

 

3. Длина магнитопровода ротора:

 

4. Зубцовое деление ротора:

 

5. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал:

 

где коэффициент принимаем по рекомендации [1],  .

6. Ток в обмотке ротора:

 

где –  коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение и – коэффициент приведения токов , определяем по:

 

 

7. Площадь поперечного сечения стержня (предварительно):

 

где – плотность тока в стержне литой клетки принимаем по рекомендации [1], .

8. Принимаем закрытый трапецеидальный паз по рекомендации [1], где

 – ширина шлица паза ротора,

 – высота шлица паза ротора,

 – высота перемычки над  пазом.

Допустимая ширина зубца: