Асинхронные двигатели с фазным ротором

Курсовая работа

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 L б .

Эти размеры связаны с другими параметрами так называемой машиной постоянной.

(1.1)

где: ? 1 — синхронная угловая частота вращения магнитного поля статора ?1 =2?n1 /60; S1 — расчетная мощность, кВА; aб — расчетный коэффициент полюсного перекрытия, равный отношению полюсной дуги ?n к полюсному делению ?; 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; n 1 — синхронная частота вращения магнитного поля статора (принимается по заданию на расчёт).

Расчетная мощность определяется из выражения.

(1.3)

где: К Е =0,98 — коэффициент, показывающий какую часть от номинального напряжение составляет ЭДС в обмотке статора (принимается по графику рис. 1.1. [3]); Рн =7,5 — мощность на валу двигателя, кВт (принимается по заданию); =86,25% — коэффициент полезного действия и cos ?н =0,882 — коэффициент мощности (принимается по таблице 1.1. [3]);.

, кВА

По графику рис. 1.2. [3] определяем высоту оси вращения двигателя по заданной мощности: h=0,15, м

Методом интерполяции, зная h из таблицы 1.2. [3] принимаем D a =0,255, м

Определить внутренний диаметр D по выражению.

(1.4)

где K D — коэффициент в зависимости от 2Р1 : KD =0,66

D a =0,255 м

D=0,66·0,255=0,168 м

Полюсное деление статора определяется из выражения.

(1.5)

м =13,2 см

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

(1.6)

Коэффициенты полюсного перекрытия ? б и формы поля К В принимается из расчета синусоидального поля в воздушном зазоре;

23 стр., 11397 слов

«Прокладка надземного трубопровода без использования малоградусных ...

... основные технологические решения по прокладке надземных внутрипромысловых трубопроводов, их конструктивные особенности и выбор технологических элементов конструкции. В расчетной части проекта производится сравнение двух способов прокладки трубопровода и обоснование негативного ...

? б =2/??0,637; КВ =?/2?1,11.

Значение обмоточного коэффициента предварительно принимается;

  • для однослойных обмоток К об =0,95?0,96.

Принимаем однослойную обмотку К об =0,955; зная Da =0,255 м определяем по графику: А=29·10 3

В б =0,9 Тл

? 1 =2?n1 /60=2·3,14·1500/60=157,08 (1.7)

м

1.3 Обмотка, паза и ярма статора

Число пазов статора. Предварительный выбор зубцового деления t 1 осуществляется по рис 1.4. [3]

При h=150 мм выбирается 2-я зона при м

t 1 min=0,0123

t 1 max=0,0147

Возможное число пазов статора.

(1.8)

где D=0,16592

Z 1 min =35,968 Z 1 max =42,986

Окончательно число пазов статора Z 1 ; принимаем Z 1 =36

(1.9)

Тогда зубцовый шаг статора.

(1.10.)

t 1 >[6?7] мм

м

Число проводников в пазу.

Количество эффективных проводников:

(1.11)

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

(1.12)

[A]

A=29·10 3

t 1 =0,015 м

Число витков в фазе обмотки.

(1.13)

Окончательное значение линейной нагрузки.

(1.14)

Площадь сечения около S ? 2,5, мм2

<2,5 мм 2 (1.15)

где I =14,6 A; nэл — число элементарных проводников в одном эффективном.

J доп =50?6,5 А/мм; a 1 =1

Примем J доп =6,5 А/мм2

, мм 2

Из таблице выбираем стандартное сечение проводника S с1 ближайшее к S=2,259. Марка ПЭТВ — эмалированный проводник.

S c — площадь поперечного сечения не изолированного провода S c =2,27 мм 2 номинальный диаметр неизолированного провода d=1,7 мм.

Среднее значение диаметра изолированного провода d из =1,785 мм.

Уточняем плотность тока, А/мм 2

(1.16)

, А/мм 2

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция

(1.17)

шт.

Площадь, занимаемая проводниками, мм 2 .

(1.18)

, мм 2

Свободная площадь паза

(1.19)

где К з — коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками. Для обмоток в машине мощностью 0,6-100 кВт рекомендуется принимать К з =0,68?0,74 принимаем К з =0,69.

12 стр., 5975 слов

Технология текущего ремонта электродвигателей с короткозамкнутым ротором

... обмотки. Основным параметром, определяющим распределение обмотки по пазам, является число пазов q на полюс и фазу. В обмотке статора двухполюсного двигателя (см. рис.6, а см.приложения) ... асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; o составить технологическую карту ремонта и обслуживания асинхронного двигателя; o сделать экономические расчёты ремонтных работ; o проанализировать экологическую ...

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: D a =255 мм

Высота ярма статора, м

(1.20)

где h Z1 — находим из эскиза.

, мм

, мм

Рис. 1. Эскиз трапецеидального паза статора.

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.

m 2 = m 1 и p 2 = p 1.

где p 1 = p 2 = 2

m 1 = m 2 = 3

Число пазов полюсов и фазы ротора q 2 , а также число пазов ротора Z 2 определяется по формуле:

(1.21)

Определяем число витков по формуле:

(1.22)

При: q 2 ?1 в фазе роторов с катушечной обмоткой устанавливаем значение ЭДС фазы Е 2 соединяем в треугольник по формуле:

(1.23)

где U 2K — напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя, которое должно находиться в пределах 150?200 В.

Примем U 2K =150

, В

Определяем число эффективных проводников в пазу:

(1.24)

Число эффективных проводников в пазу должно быть чётным, поэтому полученное значение округляется до u п1 , уточняется число витков в фазе,

u п1 =28

W 2 =u п2 ·р 2 ·q 2 (1.25)

W 2 =2·2·28=112

И проверятся U ф2 напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя:

, В (1.26)

, В

Фазный ток ротора:

, А (1.27)

где К j — коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивление обмоток на отношение I 1 / I 2 , принимается по рис. 1.7. [3] при cos ?н =0,882, К j =0,94; К пр — коэффициент для приведения параметров неподвижного ротора к параметрам статора.

(1.28)

где К об1,К об2 — обмоточный коэффициент статора и ротора;

коэффициент К об определяем по таблице 1.6. [3] и примем при q 2 = 4; К об2 = 0,965.

Подставим К пр, получим:

, А

Внешний диаметр ротора, м, определяется по формуле:

(1.29)

, м

4 стр., 1696 слов

Однофазный асинхронный двигатель

... ротором вращающий момент, приводящий ротор двигателя во вращение. После разгона двигателя пусковая обмотка отключается от сети. 5. Однофазный асинхронный двигатель с экранированными (расщеплёнными) полюсами Статор такого двигателя ... конденсатора определяется по формуле С1=1600Iф/Uф; С2=2С1, а С2=0,58Uф/Iф Для нормальной работы трёхфазного асинхронного двигателя, включённого в однофазную сеть, ...

Зубцовое деление (зубцовый шаг) ротора, м.

(1.30)

, м

Площадь сечения

<2,5, мм 2 (1.31)

применим n эл2 = 1

>2,5, мм 2

применим n эл2 = 2

<2,5, мм 2

S 2 ‘=1,65 примем S c =1,767 мм 2

d=1,5 мм.

d из =1,585 мм

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция

Общее число проводников в пазу.

(1.32)

Площадь, занимаемая проводниками, мм 2 .

(1.33)

, мм 2

Свободная площадь паза

(1.34)

где К з — коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками. Для обмоток в машине мощностью 0,6-100 кВт рекомендуется принимать К з =0,68?0,74 принимаем К з =0,69.

, мм 2

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.

Число пазов Z 2 =24

м

Угол между позами ? =

Высота паза , мм

Рис. 2. Эскиз трапецеидального паза ротора.

1.5 Параметры двигателя

Параметрами асинхронного двигателя называют активное и индуктивное сопротивление обмоток статора R 1 , X 1 , ротора R 1 , X 1 , сопротивление взаимной индуктивности X 12 и расчётное сопротивление R 12 (R ? ), 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:

(1.35)

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

Приводится формула для расчёта лобовой части всыпных обмоток:

(1.36)

где К Л — коэффициент, (принимаемый из таблице) К Л = 1,55;

b КТ — средняя ширина катушки, м , определяется по дуге окружности, проходящей по серединам высоты паза:

В статоре:

(1.37)

мм

В роторе:

(1.38)

мм

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

мм

мм

мм

мм

Общая длина проводников фазы обмотки, м ,

(1.39)

Рассчитаем для статора:

, м

Рассчитаем для ротора:

, м

Активное сопротивление фазы обмотки:

( 1.40)

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

, Ом

, Ом

Рассчитаем приведённое сопротивление ротора определяется по формуле:

(1.41)

, Ом

2. Проверочный расчет магнитной цепи

Магнитный поток, В б в воздушном зазоре определяется из выражения:

(2.1)

где К Е =0,98; К В =1,11 определяется по формуле; К об1 =0,955

, Вб

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

(2.2)

, Тл

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

(2.3)

где K C = 0,97 — коэффициент заполнения стали; bz1 =8 — ширина паза.

Магнитная индукция в ярме статора рассчитывается по формуле:

(2.4)

Значение В с =1,5; В с ?1,4?1,6 Тл для 2р 1 =4, удовлетворяет значению.

Принимаем намагничивающий ток I ? =0,25

3. Схема развёртки обмотки статора

Z 1 =36 число пазов, 2P 1 =4

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 ?= f (M ).

Часто механическую характеристику представляют в виде зависимости числа оборотов в минуту от момента n =f (M ).

Так как ? и n связаны постоянным соотношение n =(30/?)?, 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 ?=f (M ) воспользуемся известной упрощенной формулой Клосса:

(4.1)

где М — развиваемый двигательный момент, Нм , при соответствующем скольжении; S; S Кр — критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту М max на механической характеристике.

Для номинального режима работы выражение (4.1) примет вид:

(4.2)

где S Н — скольжение в номинальном режиме двигателя (дается в задании), или, используя известные параметры, получим; S Н = 1,75%=0,0175

(4.3)

где P Н =7,5 кВт:

Угловая частота вращения ротора ? с угловой синхронной частотой магнитного поля ? 1 связана соотношением:

(4.4)

Тогда в номинальном режиме ? н = ?1 (1-S н ).

? н = 157,08. (1-0,0175)=154,3 об/мин

Н.м.

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

(4.5)

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

Учитывая, что 0< S КР <1 и S КР >S Н выбираем S КР1 =0,065

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 ?:

(4.6)

(4.7)

(4.8)

Таблица 1. Данные расчёта механической характеристики.

S, о.е.

0

0,01

0,02

0,0175

0,065

0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

1

M, Нм

0

29

54,64

48,8

97,6

88,8

57

30,8

20,8

15,69

12,6

?, 1/с

157,1

155,5

153,9

154,33

146,9

141,4

125,7

94,25

62,8

31,42

0

Исходя из таблицы 1, выполняем график: Механической характеристики.

Рис. 4. Зависимость М=f(S)

Рис. 5. Механическая характеристика

5. Расчет пусковых сопротивлений и пусковая диаграмма

5.1 Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором

Расчет добавочного сопротивления R д .

(5.1)

где R 2 — сопротивление фазы ротора, R 2 =0,37; Sки Sке — критическое скольжение естественной и искусственной механической характеристик, Sки =1, Sке = Sкр =0,065

, Ом

Пусковая диаграмма асинхронного двигателя.

Расчёт резисторов в цепи ротора, обеспечивающих заданную пусковую диаграмму, для асинхронного электропривода с фазным ротором является наиболее часто встречающейся задачей.

Под пусковой диаграммой понимают совокупность двух или более искусственных механических характеристик, которые используются при пуске АД в пределах от М 1 до М 2 показано на рисунке.

Пусковая диаграмма строится в предположении, что рабочий участок механических характеристик близок к линейному.

При построении пусковой диаграммы предельный момент М 1 не может быть больше критического и обычно принимается (0,8?0,9) М max , а момент переключения М 2 должен составлять (1,1?1,25) М с .

Число ступеней пусковой диаграммы m (оно равно числу искусственных характеристик) и значение моментов М 1 и М 2 связаны между собой соотношением.

(5.2)

где — значение момента в относительных единицах.

Если при выбранных значениях М 1 до М 2 число ступеней m не получается целым, то его следует округлить в сторону ближайшего целого числа m и пересчитать момент переключения М’ 2 .

Принимаем М 1 =0,9·97,6=87,84

М 2 =1,1·48,6=53,46

Т.к. при выборе значения М 1 и М 2 число ступеней получится близко к 6, то число позиций будет равно 6.

Расчетам М’ 2 с учетом, что m =7 по формуле:

(5.3)

После этого определяем отношение ?= М 1 /М2 и величину сопротивления по ступеням рисунок определяется по формуле:

(5.4)

где R Р =R 2 — сопротивление ротора.

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

Рис. 6. Пусковая диаграмма при m = 6

6. Управление электроприводами с асинхронными двигателями, Частоту вращения ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором можно регулир

Управлять такими электродвигателями возможно с помощью силовых и магнитных контроллеров. В настоящее время используются магнитные контроллеры, относящиеся к аппаратам дистанционного управления.

Заключение

В данном курсовом проекте был разработан асинхронный двигатель с фазным ротором, выбраны и рассчитаны его параметры, рассчитана магнитная цепь, построены схема развертки статора и его механическая характеристика, выбраны пусковые сопротивления и разработана схема управления.

асинхронный двигатель статор фазный

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/asinhronnyiy-dvigatel-s-faznyim-rotorom/

1. Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления. Учебно-методическое пособие. Ющенко Л.В. 1999.

2. Электрические машины М.П. Костенко, А.М. Пиотровский, Л: Энергия, 1973.

3. Электрические машины А.И. Вольдек, Л: Энергия, 1978.