Проектирование асинхронного двигателя серии 4А

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Российский государственный профессионально – педагогический университет

Кафедра электрооборудования и автоматизации промышленных предприятий

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СЕРИИ 4 А МОЩНОСТЬЮ 7.5 кВт

АННОТАЦИЯ

Пояснительная записка к курсовому проекту

03.05.03.000000.000.КП

Разработал студент

Группы

Руководитель проекта

Екатеринбург 2007

Курсовой проект содержит _____ листов текста, _____ иллюстраций, 2 таблицы, 2 используемых источника.

Приведен расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии 4А132 S4 У3 мощностью 7,5 кВт, включающий в себя:

- выбор главных размеров

- электромагнитный расчет

- расчет и построение рабочих и пусковых характеристик

- упрощенные тепловые и вентиляционные расчеты.

Приведены схемы замещения и круговые диаграммы.

Дан сборочный чертеж асинхронного двигателя.

Содержание

Введение

1. Выбор главных размеров

2. Определение Z1, 1 и сечение провода оюмотки статора

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

4. Расчет ротора

5. Расчет намагничивающего тока

6. Параметры рабочего режима

7. Расчет потерь

8. Расчет рабочих характеристик

9.Расчет пусковых характеристик

Приложение: лист задания на ХП

Библиография

Задание

Курсовой проект по электрическим машинам

Тип машины - АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 4А 132 S4 У3

Выдано студенту группы______________________________

Руководитель проекта_______________________________

1. Номинальная мощность, кВт............................7,5

2. Номинальное фазное напряжение, В.............127

3. Число полюсов....................................................2р=4

4. Степень защиты...................................................IР44

5. Класс нагревостойкости изоляции....................F

6. Кратность начального пускового момента.....2,2

7. Кратность начального пускового тока.............7,5

8. Коэффициент полезного действия................... =0.875

9. Коэффициент мощности.....................................cos y =0.86

10. Исполнение по форме монтажа.....................М1001

11. Воздушный зазор, мм.........................................δ=

Задание выдал

" " 2006 г.

Введение

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов, использовавшихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной 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 высокоэкономических и надежных асинхронных двигателей являются важнейшей народно – хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материалов и трудовых ресурсов.

В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов иррациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2 – 3 ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Серия имеет широкий ряд модификаций специализированных исполнений для удовлетворительных максимальных нужд электропривода.

Выбор главных размеров

    Синхронная скорость вращения поля:

    Высота оси вращения h=132 мм [ двигатель 4А132S4У3]

[стр.164, 1]

    Внутренний диаметр статора

табл.6-7,1]

    Полюсное деление

    Расчетная мощность

    Электромагнитные нагрузки А = 28*103 А/м; В6 = 0,87 Тл. [стр166, 1]

    Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки принимаем

kоб1 = 0,95 [стр. 167, 1]

    Расчетная длина воздушного зазора

    Отношение значение находится в рекомендуемых пределах (0.8….1.3)

2.Определение , и сечение провода обмотки статора

    Предельные значения [стр. 170, 1] tmin =13 мм, tmax = 15 мм

    Число пазов статора

Принимаем Z1 = 36, тогда

    Зубцовое деление статора

    Число эффективных проводников в пазу

[предварительно при условии а=1]

    Принимаем, а=1, тогда un = a*u|n = 1*1414

    Окончательные значения

Значения А и находятся в допустимых пределах.

    Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

    Сечение эффективного проводника (предварительно)

обмоточный провод ПЭТМ [стр. 470, 1],

    Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

3.Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

    Принимаем предварительно [стр. 174, 1]

Вz1 = 1,75 Тл; Ва = 1,45 Тл, тогда

[по табл. 6-11, 1 для оксидированных листов стали ]

    Размеры паза в штампе принимаем

hш1 = 1 мм, bш1 = 3,5 мм; [стр.179, 1]

    Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку

b/1 = b1 - ∆bn = 9,7- 0,1 = 9,6 мм

b/2 = b2 - ∆bn = 7,5 – 0,1 = 7,4 мм

h/1 = h1 - ∆hn = 12,5 – 0,1 = 12,4 мм

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников

    Коэффициент заполнения паза

4. Расчет ротора

23. Воздушный зазор

24. Число пазов ротора стр. 185, 1, 2p = 4 и Z1 = 36 Z2 = 34

25. Внешний диаметр D2 =D – 2δ = 149-2*0,4148 мм

26. Длина

27. Зубцовое деление

28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал.

KB = 0,23 при h = 132 мм и 2p = 4 по табл. 6-16,1

29. Ток в стержне ротора I2 = k1I1Hv1 = 0,89*26,2*14,08 = 328,3 А

k1 = 0,89 при cosφ = 0.86

30. Площадь поперечного сечения стержня

31. Паз ротора.

Принимаем

Допустимая ширина зубца

Размеры паза:

Полная высота паза:

Сечение стержня:

33. Корткозамыкающие кольца. поперечного сечения.

Размеры замыкающих колец:

bкл = 1,25*hn2 =1,25 *22,4 = 28 мм

5. Расчет намагничивающего тока

34. Значение индукций:

расчетная высота ярма ротора при 2р=4 стр. 194,1

35. Магнитное напряжение воздушного зазора:

где

36. Магнитные напряжения зубцовых зон:

статора Fz1 = 2hz1Hz1 = 2*15,5*10-3*1330 = 41,23 A

ротора Fz2 = 2hz2Hz2 = 2*22,1*10-3*2010 = 88,84 А

(по таблице П-17, для стали 2013 Нz1 = 1330 A/м при Вz1 = 1,75 Тл;

Нz2 = 2010 A/м при Вz2 = 1,89 Тл;

hz1 = 15,5 мм; hz2 = hn2 – 0,1b2 = 22,4 – 0,1*3 = 22,1 мм)

37. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

38. Магнитные напряжения ярм статора и ротора

по табл. П-16 Ha = 450 А/м при Ва = 1,45Тл; Нj = 185 А/м при Вj = 1,00 Тл.

39. Магнитное напряжение на пару полюсов

40. Коэффициент насыщения магнитной цепи

41. Намагничивающий ток:

относительное значение:

6. Параметры рабочего режима

42. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Длина нагревостойкости изоляции F расчетная

Для меди

Длина проводников фазы обмотки:

Длина вылета лобовой части катушки:

где квыл = 0,4

Относительное значение:

43. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

где для алюминиевой обмотки ротора Ом*м

Приводим к числу витков обмотки статора:

Относительное значение:

44. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где h3 = 13,3 мм, b = 7,5 мм, h2 = 0 мм,

Относительное значение:

45. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

где по табл. 6-23, 1

где

Приводим к числу витков статора:

Относительное значение:

7. Расчет потерь

46. Основные потери в стали:

47. Поверхностные потери в роторе:

где к02 = 1,5

48. Пульсационные потери в зубцах ротора:

49. Сумма добавочных потерь в стали:

50. Полные потери в стали:

51. Механические потери:

для двигателей 2р = 4 коэф.

52. Добавочные потери при номинальном режиме:

№

Расчетная формула

Еди

ница

Скольжение

0,02

0,025

0,03

0,035

0,0386

1

Ом

9,72

7,78

6,48

5,56

5,04

2

Ом

0

0

0

0

0

3

Ом

10,76

8,82

7,52

6,6

6,08

4

Ом

0,97

0,97

0,97

0,97

0,97

5

Ом

10,8

8,87

7,58

6,67

6,16

6

А

11,76

14,32

16,75

19,04

20,62

7

-

0,996

0,994

0,992

0,990

0,987

8

-

0,090

0,109

0,128

0,145

0,157

9

А

12,29

14,81

17,20

19,43

20,93

10

А

9,16

9,66

10,24

10,86

11,34

11

А

15,328

17,682

20,017

22,259

23,805

12

А

12,11

14,75

17,25

19,61

21,24

13

кВт

4,68

5,64

6,55

7,40

7,97

14

кВт

0,247

0,328

0,421

0,520

0,595

15

кВт

0,082

0,122

0,167

0,215

0,253

16

кВт

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

17

кВт

0,574

0,700

0,843

0,995

1,113

18

кВт

4,106

4,940

5,707

6,405

6,857

19

-

0,877

0,876

0,871

0,866

0,860

20

-

0,802

0,838

0,859

0,873

0,879

53. Холостой ход двигателя:

8. Расчет рабочих характеристик

54

Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:

Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь скольжением s=0,02; 0,025; 0,03; 0,035; 0,0386

Результаты расчёта приведены в таблице 2. характеристики представлены на рис. 6.

Расчет и построение круговой диаграммы

Масштаб тока

Масштаб мощности

S = 

S=1

9. Расчет пусковых характеристик

55. Расчет пусковых характеристик, Рассчитываем точки характеристик, соответствующие скольжению S=1.

Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 2.

Параметры с учетом вытеснения тока

для [рис. 6-46, 1] [рис. 6-47, 1]

Активное сопротивление обмотки ротора:

где

Приведенное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:

Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

 

Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения:

56. Учет влияния насыщения на параметры, Принимаем для S=1 коэффициент насыщения и

А

[по рис. 6-50, стр, 219,1 для ]

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Таблица 2

Расчет пусковых характеристик

№

Расчетная формула

Скольжение

1

0,8

0,5

0,2

0,1

0,17

1

1,36

1,22

0,96

0,61

0,43

0,56

2

0,25

0,18

0,09

0,01

0,005

0,01

3

0,92

0,93

0,95

0,98

0,99

0,99

4

17,1

18,1

19,6

21,2

21,3

21,2

5

1,15

1,11

1,05

1,00

0,99

1,00

6

1,1

1,07

1,03

1

1,01

1

7

0,21

0,20

0,19

0,19

0,19

0,19

8

2,58

2,59

2,62

2,65

2,66

2,66

9

1,02

1,02

1,03

1,03

1,03

1,03

10

0,49

0,49

0,49

0,49

0,49

0,49

11

115,14

113,03

106,0

78,88

52,0

72,56

12

1527,97

1499,96

1406,67

1046,78

690,07

962,91

13

2,51

2,47

2,31

1,72

1,13

1,58

14

0,77

0,76

0,82

0,9

0,96

0,91

15

2,14

2,23

1,67

0,93

0,37

0,84

16

0,16

0,17

0,14

0,08

0,04

0,08

17

1,06

1,05

1,08

1,14

1,18

1,14

18

1,72

1,70

1,84

2,02

2,15

2,04

19

1,83

1,81

1,89

2,01

2,09

2,02

20

2,81

2,93

2,20

1,22

0,49

1,10

21

0,304

0,31

0,28

0,21

0,12

0,19

22

2,276

2,28

2,34

2,44

2,54

2,47

23

1,455

1,44

1,55

1,7

1,81

1.72

24

0,417

0,42

0,43

0,46

0,48

0,46

25

0,83

0,95

1,3

2,73

5,11

3,15

26

3,336

2,29

2,30

2,33

2,35

2,33

27

36,94

51,21

48,11

35,38

22,60

32,40

28

40,26

55,82

52,44

38,46

24,63

35,32

29

1,53

2,95

2,60

1,40

0,57

1,18

30

1,54

2,13

2,0

1,47

0,94

1,35

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

где

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения:

где

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:

Расчет токов и моментов:

Критическое скольжение:

где

10. Тепловой расчет

57. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

по табл, 6-30, К=0,2 по рис 6-59

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

где

для

изоляции класса нагревостойкости F

по стр, 237, 1 для

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

Превышение температуры воздуха внутри машины над

температурой окружающей среды:

где

для h=132 мм по рис. 6-63, 1,

по рис. 6-59,1

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

11. Расчет вентиляции

58. Расчет вентиляции, Требуемый для охлаждения расход воздуха:

стр. 240, 1

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Список использованной литературы:

    Копылов И.П. «Проектирование электрических машин» Москва «Энергия» 1980 г.

    Методические указания к выполнению курсового проекта по электрическим машинам № 11, 1990 г. [128, 1984]

Приложение 2

формат

зона

поз.

Обозначение

Наименование

Количество

Примечание.

 

 

 

 

Документация

 

 

 

 

 

 

Общий вид

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная

 

 

 

 

 

 

записка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сборочные единицы

 

 

 

 

 

 

Статор в сборе

 

 

 

 

 

 

Ротор в сборе

 

 

 

 

 

 

Коробка выводов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Детали

 

 

 

 

 

 

Вал

 

 

 

 

 

 

Подшипниковый щит

 

 

 

 

 

 

Станина

 

 

 

 

 

 

Вентилятор

 

 

 

 

 

 

Кожух вентилятора

 

 

 

 

 

 

Пружина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стандартные изделия

 

 

 

 

 

 

Винт М4х10 ГОСТ 1481-72

 

 

 

 

 

 

Гайка М8 ГОСТ 5915-70

 

 

 

 

 

 

Шарикоподшипник

 

 

 

 

 

 

205 ГОСТ 8338-75

 

 

 

 

 

 

Болт М8х180

 

 

 

 

 

 

ГОСТ 7805-70

 

 

 

 

 

 

Шпонка 6х4х50

 

 

 

 

 

 

ГОСТ 8788-68