Расчет асинхронного двигателя с фазным ротором

Пермский  государственный  технический университет 
 
 
 

Электромеханика 

Курсовой  проект

на  тему: «Расчет асинхронного двигателя с фазным ротором» 
 
 
 
 
 
 

                                                                Выполнил: студент группы ЭСз-08-2

                                                                Романов А.Н.

                                                                Проверил: Кузнецов М.И. 
 
 
 
 
 
 

г. Пермь 2011 

Оглавление 

1. Техническое задание         3
2. Выбор главных размеров        3
3. Определение Z₁, w₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора           3
4. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора  5
5. Расчет ротора          7
6. Расчет магнитной цепи         8
7. Расчет параметров                11
8. Индуктивное сопротивление обмотки статора            12
9. Индуктивное сопротивление обмотки ротора            13
10. Расчет потерь                 14
11. Холостой ход                 15
12. Расчет рабочих характеристик              17

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Техническое задание 

  Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором: Р₂ = 28 кВт; U = 220/380 В; 2р = 4; конструктивное исполнение IM1001; исполнение по способу защиты IP23; способ охлаждения IC01; климатическое исполнение и категория размещения УЗ; класс нагревостойкости изоляции F. 

  Выбор главных размеров 

  1.  Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18, б h = 0,18 м. Принимаем ближайшее стандартное значение h = 180 мм; D_a = 0,313 м (см. табл. 9.8).

  2.  Внутренний диаметр статора D = k_D D_a = 0, 66 • 0,313 = 0,207 м, k_D = 0,66 по табл. 9.9.

  3.  Полюсное деление τ = π D/(2p) = π 0,207/4 = 0,16225 м.

  4.  Расчетная мощность по (9.4)

P' = mIE = P₂

=   = 35,8 кВ А

(k_E — по рис. 9.20; η и cos  φ— по рис. 9.21, в).

  5. Электромагнитные нагрузки (предварительно  по рис. 9.23, а)

А = 43 • 10³ А/м; В_δ = 0,81 Тл

  6.   Обмоточный   коэффициент  (предварительно  для   двухслойной   обмотки) k_об1 = 0,92.

  7.  Расчетная длина магнитопровода  по (9.6)

= = 0,151 м

(по (9.5) Ω = 2 π f / p = 2π • 50/2 = 157,1 рад/с].

  8. Отношение λ = l_δ /τ = 0,151/0,16225 = 0,93. Значение λ = 0,93 находится в допустимых пределах (см. рис. 9.25, б). 

  Определение Z₁, w₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора 

  9.  Предельные значения t_z1 (по рис. 9.26): t_z1max = 16 мм; t_z1min = 12 мм.

  10.  Число пазов статора по (9.16)

Z_1min =

Z_2max =

Принимаем Z₁ = 48, тогда q₁ = Z₁/(2pm) - 48/(4 • 3) = 4. Обмотка двухслойная.

  11 . Зубцовое деление статора (окончательно)

м

  12. Число эффективных проводников  в пазу [предварительно, при условии  а = 1 по (9.17)]

 

(по 9.18)

 А 

  13.  Принимаем а = 2, тогда по (9.19)  u_п = а u'_п = 21 проводник.

  14. Окончательные значения:

число витков в фазе по (9.20)

линейная  нагрузка по (9.21)

А/м

магнитный поток по (9.22)

Ф = 12,5 10^-3 Вб

   (k_oб = k_p1 k_y1 = 0,958 • 0,966 = 0,925 по табл. 3.16 для q = 4 k_p1 = 0,958; по (3.11) k_y1 = sin = sin = 0,966, где β = y/τ = 10/12 = 0,833; τ = Z₁/2p = 48/4 = 12; для D_a = 0,313 м по рис. 9.20 k_E = 0,98);

индукция  в воздушном зазоре по (9.23)

В_δ = Тл

Значения  А и В_δ находятся в допустимых пределах (см. рис. 9.23, а).

  15. Плотность тока в обмотке статора  (предварительно) по (9.25). А по п. 14  42,9 10³ А/м

 А/м²

(AJ₁ = 290 10⁹ по рис. 9.27, г).

  16. Площадь поперечного сечения  эффективного проводника (предварительно) по (9.24),             а = 2.

м² =4,1 мм².

  17.Сечение  эффективного проводника (окончательно): принимаем n_эл = 2, тогда q_эл = q_эф/n_эф = 4,1/2 = 2,05 мм². По таблице находим диаметр изолированного и неизолированного d = 1.6 мм провода. Выбираем круглый медный провод марки ПЭТ-155, q_эл = 2,011 мм²,            q_э.ср = n_эл q_эл = 2 • 2,011 = 4,022 мм².

  18.  Плотность тока в обмотке статора  (окончательно) по (9.27)

 А/мм². 

  Расчет  размеров зубцовой зоны статора и  воздушного зазора 

  Паз статора определяем по рис. 9.29, а с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

  19. Принимаем предварительно по  табл. 9.12 В_z1 = 1,9 Тл; В_а = 1,6 Тл, тогда по (9.37)

b_Z1 = = = 5,9•10^-3 м = 5,9 мм     

(по  табл. 9.13 k_c = 0,97);

по (9.28)

м = 26,7 мм.

  20. Размеры паза в штампе: b_ш = 3,3 мм; h_ш = 1 мм; 45° (см. рис. 9.29, а);

  по (9.38)

м = 26,3 мм;

по (9.40)

= мм

Рис. 1 Пазы спроектированного двигателя     с     фазным ротором      (Р₂ =28 кВт,      2р = 4, U_ном =220/380 В) 
 

по (9.39)

= 11,09 = 11,1 мм;

 по (9.42)—(9.45)

= 22,9 мм

Паз статора  показан на рис. 1, а.

  21. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

 b'₁ = b₁ – Δ b_п = 8,1 – 0,2 = 7,9 мм

 b'₂ = b₂ – Δ b_п = 11,1 – 0,2 = 10,9 мм

 h'_п.к = h_п.к – Δh = 22,9 – 0,2 = 22,7 мм.

  Площадь поперечного сечения паза для  размещения проводников обмотки  по (9.48) 

= 172.9 мм²

[площадь  поперечного сечения прокладок  S_пр =0,9 b₁ + 0,4b₂=(0.9 8.1+0.4 11.1)=11.73 мм²; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

S_из = b_из(2h_п + b₁ + b₂) = 0,4(2•26.3 + 8.1 + 11.1) = 28.72 мм²,

гдe односторонняя  толщина изоляции в пазу b_из = 0,4 мм — по табл. 3.1].

  22. Коэффициент заполнения паза  по (3.2):

= 0,69

Полученное  значение k_з допустимо для механизированной укладки обмотки. 

Расчет  ротора 

  23. Зададимся числом пазов на  полюс и фазу ротора q₂ = q₁ -1=4-1=3,

Тогда Z₂ = Z₁ q₂/q₁ = 48 3/4 =36; m₂ = m₁=3; р₂ = р₁=2.

  24. Число витков в фазе по (9.52)

w₂  = , где = U_к.к / =220/ =127

  25. Число эффективных проводников  в пазу по (9.53)

U_п2 = .

  26.  Принимаем u_п =8, тогда (окончательно)

w₂ = u_п p₂ q₂ =8 2 3=48.

  27.  Проверяем напряжение на контактных кольцах ротора по (9.56)

U _к.к. = U_1ном = 220 =217,7 В

  28. Предварительное значение тока  в обмотке фазного ротора по (9.57)

I₂ = k_i I₁ v_i= 0,896 • 55,4 • 1,75=86,9 А

где по (9.58) k_i = 0,2 + 0,8 cos φ = 0,2 + 0,8 • 0,87=0,896;

по (9.59)

   = 1,75  (k_oб = k_p2 k_y2 = 0,96 • 0,966 = 0,92736 по табл. 3.16 для q = 3 k_p2 = 0,96; по (3.11) k_y2 = sin = sin = 0,966, где β = y/τ = 10/12 = 0,833; τ = Z₂/2p = 36/3 = 12)

  29. Сечение  эффективных проводников обмотки  ротора по (9.60) 

q_эф2 = I₂ / J₂= 86,9/5 • 10⁶ =17,38• 10^-6  м² =17,38 мм² 

(плотность тока  при классе нагревостойкости изоляции F принимаем J₂ = 5 • 10⁶ А/м²).

  30. По рис. 9.31 δ = 0,6 мм.

D₂ = D - 2δ = 0,207 - 2 • 0,6 • 10^-3 = 0,2058 м.

Принимаем l₂  = l₁ = 0,151 м

t_z2 = = = 17,96 • 10^-3 = 17,96 мм

  31. Предварительно b_п2 = 0,3 t_z2 = 0,3 • 17,96 = 5,39 мм, b_эл2 = b_п2 – 2b_из - Δb_п = 5,39-2- 0,2 = 3,19 мм [2b_из =2 мм по табл. 3.10, Δb_п = 0,2 мм по табл. 9.14]. По табл. П 3.2 выбираем неизолированный провод с а = 3,15 мм, b = 5,6 мм, q_эф2 = 17,09 мм².

  32. Уточняем J₂

J₂ = I₂ / q_эф2 = 86,9/(17,09 • 10^-6) = 5,08 • 10⁶ А/м².

  33.  Ориентируясь на табл. 3.10, составляем  таблицу заполнения паза ротора (табл.1). Размеры паза в штампе (рис. 1,б) принимаем с учетом  припусков Δb_п и Δh_п (см. табл. 9.14). 

Таблица 1. Заполнение паза ротора