Расчет трёхфазного асинхронного двигателя мощностью 30 кВт
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДИРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»
Факультет среднего профессионального образования (колледж)
РАСЧЕТ ТРЁХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
МОЩНОСТЬЮ 30 кВт
Пояснительная записка
ФСПО.ЭИ0108.972ПЗ
Работу выполнил
cтудент группы С972 М.С. Мельников
Руководитель
курсового проекта Г.Г. Жагат
Санкт-Петербург 2012
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Краткое описание конструкции
. Электромагнитный расчет
2.1 Главные размеры двигателя
2.2 Размеры активной части двигателя
2.3 Обмотка статора
2.4 Обмотка короткозамкнутого ротора
.5 Магнитная цепь
.6 Потери и КПД
. Расчёт рабочих характеристик
. Расчет пусковых параметров
Заключение
Список использованных источников
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.
Единая серия асинхронных двигателей 4А на напряжение до 1000 В охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 кВт до 400 кВт и включает двигатели высот оси вращения от 50 до 355 мм. Двигатели основного исполнения предназначены для работы в условиях умеренного климата, для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению и другим параметрам. Они рассчитаны для в включения в трехфазную цепь с частотой 50 Гц и напряжениями 220 В; 380 В; 660 В; 220/380 В; 380/660 В;
И, исходя из всего вышесказанного, выделим основные преимущества асинхронных двигателей:
− оптимальный вариант для многих областей применения;
− высокий КПД;
− все применяемые числа полюсов и конструктивные исполнения;
− возможность особого исполнения по желанию заказчика;
− высокая надежность;
− долгий срок службы;
− легко встраиваемые для решения множества задач;
− высокая удельная мощность;
− значительная скорость вращения;
− простота конструкции;
− сравнительно низкая стоимость;
− небольшие габариты и масса.
Асинхронные двигатели в силу этого ряда достоинств являются наиболее распространёнными среди всех электрических машин.
1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных машин переменного тока.
По своей конструкции асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: статора и ротора.
Неподвижная часть двигателя - статор, который состоит из корпуса и сердечника с трёхфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных рёбер, увеличивающих поверхность охлаждения двигателя.
В корпусе расположен сердечник статора. С целью ослабления вихревых токов сердечник делают шихтованным из тонколистовой электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм. Пластины сердечника статора покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем.
На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются пазовые части обмотки статора, соединенные в определённом порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцевым сторонам.
В расточке статора располагается вращающаяся часть двигателя - ротор, состоящий из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеет на своей поверхности тонкую пленку оксида. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их не велика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки.
Вал ротора вращается в подшипниках качения, расположенных в подшипниковых щитах. Они получили наибольшее распространение, по сравнению с подшипниками скольжения, так как имеют меньший износ, просты в эксплуатации, имеют малые потери на трение, малые размеры и небольшой расход смазочных материалов.
Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной поверхности корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором, прикрытым кожухом. На торцевой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Этот двигатель помимо закрытого исполнения делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этого двигателя имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя. В этом случае охлаждение более эффективно, чем при наружном обдуве корпуса двигателя.
Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трёхфазную сеть на два разных напряжения, отличающихся на √3 раз. Выводы обмоток фаз располагают на панели коробки выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних.
Монтаж двигателя в месте установки осуществляется посредством лап или фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине.
Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатель снабжают болтами заземления (не менее двух)
.
2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ
.1 Главные размеры двигателя
Наружный и внутренний диаметры сердечника статора. По таблице 5.4[1, с. 55] при h=200 мм, 2p=6 и способу защиты IP44 принимаем:
D1нар.= 349 мм; D1 = 250 мм.
Предварительные значения КПД и коэффициента мощности заданы: η = 0,905; cosj1= 0,9.
Расчетная мощность
Pi = (Pном.× kE) ⁄ (η× cosj1),(2.1)
где Pном. - номинальная мощность, кВт;
kE - коэффициент мощности, kE=0,94.
Pi=(30×0,94) / (0,905×0,9) = 34,431 кВ×А.
Предварительные значения максимально магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки А1, при D1нар.= 349 мм принимаем: Bδ= 0,77 Тл; А1=380×102 А/м [1, рисунок 5.2, с. 58].
Предварительное значение обмоточного коэффициента: обмотка задана двухслойной всыпной, тогда kоб1= 0,93 [с. 57 т. 5.5].
Расчетная длина сердечника статора
li=(8,66×1012× Рi)/(kоб1×n1×D12×Вδ×А1) (2.2)
где kоб1- обмоточный коэффициент для основной гармоники ЭДС;
n1 - частота вращения, об/мин;
D1 - внутренний диаметр сердечника статора, мм;
Bδ - магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;
А1 - линейная нагрузка, А/м.
i = (8,66×1012×34,431) / (0,93×103×2502×0,77×380×102) = 175,319 мм,
принимаем li =175 мм.
Коэффициент длины
λ= li / D1, (2.3)
λ = 175 / 250 = 0,7,
что укладывается в диапазон рекомендуемых значений λ (λ = 0,5÷0,8). Принимаем li = 160 мм (см. п. 2.3.14).
λ = 160 / 250 =0,64.
2.2 Размеры активной части двигателя
Воздушный зазор при h = 200 мм принимаем δ = 0,55 мм [1, рисунок 5.3, с. 60].
Наружный диаметр сердечника ротора
2 = D1 - 2×δ, (2.4)2 = 250 - 2×0,55 = 248,9 мм.
Внутренний диаметр сердечника ротора
D2вн. = 0,33×D2, (2.5), D2вн. = 0,33×248,9 = 82,137 мм.
Принимаем D2вн =82 мм.
Конструктивная длина сердечника статора
l1 = li =160 мм.
Число пазов на статоре и роторе
Z1 = 72; Z2 = 58, скос не применяем [1, с. 62 - 63],
где Z1 - число пазов статора;
Z2 - число пазов ротора.
Форма пазов на статоре [1,таблица 5.9, с. 64]: трапецеидальные полузакрытые [1, рисунок 5.6а, с. 63]. Форма пазов на роторе [1,таблица 5.10, с. 68]: овальные закрытые [1, рисунок 5.7б, с. 63].
Размеры полузакрытого трапецеидального паза статора:зубцовое деление статора.
t1= π×D1 / Z1, (2.6)
где π - постоянная величина, π = 3,14.
t1= 3,14×250 / 72 = 10,903 мм.
Ширина зубца статора.
bz1 = ( t1× Bδ) / (kc1×Bz1max), (2.7)
где kc1 - коэффициент заполнения; так как марка стали 2013, h=200 мм способ изолировки листов статора - оксидирование; короткозамкнутого ротора - оксидирование: kc1=0,97 [1, таблица 5.6, с. 59];
Bz1max - допустимое значение магнитной индукции в зубце статора, Тл,
Bz1max = 1,9 Тл [1, таблица 5.9, с. 64].
bz1= (10,903×0,77) / (0,97×1,9) = 4,555 ≈ 4,55 мм.
Высота спинки статора
hc1 = (0,5×αi× τ × Bδ) / (kc1× B