Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

 

 

 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

 (определение  параметров и рабочих характеристик)

Методические указания к курсовой работе

для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика

 

 

Алматы 2012 

Составители: П.И. Сагитов, Р.М. Шидерова, А.Н. Бестерекова  Электрические машины. Асинхронные двигатели с фазным ротором (определение параметров и рабочих характеристик). Методические указания к выполнению курсовой работы (для студентов всех форм обучения специальности 5В071800 – Электроэнергетика).- Алматы: АУЭС, 2012.–22с.

 

Методические указания содержат расчет параметров и характеристик асинхронного двигателя и включают в себя необходимые справочные материалы и таблицы.

Методические указания предназначены для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика.

Ил. 5, табл. 6, библ. – 10 назв.

 

Рецензент: доцент Кузембаева Р.М

 

Печатается по плану издания НАО «Алматинского университета энергетики и связи» на 2012 г.

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012

 

Введение

Курсовая работа должна научить студента применять полученные теоретические знания при решении конкретной инженерной задачи - проектировании асинхронного двигателя с фазным ротором общепромышленного назначения.

Курсовая работа должна содержать:

а)  задание на курсовую работу;

б) расчетную записку, содержащую электромагнитный расчет, эскизы, поясняющие основные решения, таблицы, в которые сводятся основные и расчетные данные. Текст должен содержать расчетные формулы в общем виде. У каждой величины, являющейся результатом вычислений, должна быть указана размерность.

При выполнении курсовой работы следует пользоваться рекомендуемой литературой.

Курсовая работа, выполненная не по заданию, соответствующему цифрам шифра и первой букве фамилии, должна быть выполнена заново. На обложке пояснительной записки обязательно должен быть указан шифр.

Данные методические указания являются продолжением первой части методических указаний, где определены основные геометрические размеры и обмоточные данные асинхронного двигателя, также были приведены варианты для выполнения курсовой работы. Для выполнения дальнейших расчетов необходимо воспользоваться величинами, которые были рассчитаны в первой части.

Расчет характеристик выполняется на ЭВМ с использованием приложения Mathcad.

 

1 Расчет магнитной цепи

Расчет магнитной цепи проводится для определения МДС и намагничивающего тока статора, необходимого для создания в двигателе требуемого магнитного потока. На рисунке 1.1 представлена расчетная часть магнитной цепи четырехполюсной машины, которая состоит из пяти последовательно соединенных участков: воздушного зазора, зубцовых слоев статора и ротора, спинки статора и спинки ротора.

1.1 МДС на магнитную цепь на пару полюсов  определяется как сумма магнитных напряжений всех перечисленных участков магнитной цепи

 

.                                      (1.1)

 

         1.2 Магнитное напряжение воздушного зазора на пару полюсов (А)

 

                           ,                                              (1.2)

где    коэффициент воздушного зазора;

 

               ,      .                   (1.3)

 

 

1.3 Магнитное напряжение зубцового слоя статора (А):

 

, .

 

Напряженность магнитного поля в зубцах статора H_Z1 определяется:

а) при трапецеидальных пазах непосредственно по приложению А для выбранной марки стали, для индукции рассчитанной в п.3.14 в первой части курсовой работы (при высоте оси вращения мм применяется сталь 2013, при  - сталь 2312);

б) при прямоугольных пазах индукция в различных сечениях зубца различна, поэтому расчет напряженности производится по трем сечениям

 

                   ,                                     (1.4)

 

где H_z1max, H_z1min определяется по приложению А для индукции по п. 3.21 в первой части курсовой работы;

        H_z1ср –для  индукции.

 

1.4 Магнитное напряжение зубцового слоя ротора (А):

 

                                   .                                   (1.5)

 

Напряженность магнитного поля в зубцах ротора  определяется:

а) при трапецеидальных пазах по таблицам приложения А для индукции – по 5.1 в первой части курсовой работы;

б) при прямоугольных пазах – по трем сечениям аналогично (1.3)

 

               ,                                  (1.6)

где  определяются по таблицам приложения А для    индукций по п.5.13 в первой части курсовой работы;

   

 для  .

 

1.5 Магнитное напряжение ярма статора:

 

,                         (1.7)

 

определяется по приложению Б для индукции по п. 3.21 в первой части курсовой работы.

1.6 Магнитное напряжение ярма ротора (А):

 

                 (1.8)

                

определяется по приложению Б для индукции по п.5.14 в первой части курсовой работы.

 

1.7 Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи определяется по п.6.1 в первой части курсовой работы.

1.8 Коэффициент насыщения магнитной цепи двигателя

 

,     (k_m=1,2÷1,6).                                 (1.9)

1.9 Намагничивающий ток (А):

 

                                                 (1.10)

 

а в процентах от номинального тока статора

                                                    (1.11)

 

2 Активные и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора

 

 Сопротивление обмотки статора

 

2.1 Среднее значение зубцового деления статора (м)

 

.                                                (1.1)

2.2 Средняя ширина катушки (секции) статора (м):

                                                   (2.2)

где у_ср1 – среднее значение шага обмотки статора (для двухслойной      обмотки у_ср1=у₁ (п. 2.7 в первой части курсовой работы).

 

2.3 Средняя длина лобовой части статора (м) для обмотки с мягкими катушками:

,                                           (2.3)

 

для обмотки с жесткими катушками

 

                                         (2.4)

где    ;

 - двухсторонняя толщина изоляции в (мм).

 

2.4 Средняя длина витка обмотки статора (м):

 

.                                                (2.5)

2.5 Длина вылета лобовой части обмотки статора (м):

-для обмотки с мягкими катушками

 

;                                       (2.6)

-для обмотки с жесткими катушками

 

                                     (2.7)

2.6 Активное сопротивление обмотки статора, приведенное к рабочей температуре 115⁰ С (для класса изоляции F), в Ом:

 

,                                    (2.8)

где =0,0244 Ом·мм²/м – удельное сопротивление меди при 115⁰С.

 

2.7 То же в относительных единицах (о.е.)

 

,                                                    (2.9)

где - номинальные значения фазных тока и напряжения.

2.8 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора состоит из трех частей: пазового рассеяния, дифференциального рассеяния и рассеяния лобовых частей.

 

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора:        

1) при трапецеидальном пазе (см. рисунок 2.1, а)

                           (2.10)

2) при прямоугольном полуоткрытом пазе (см. рисунок 2.1, б)

    ,            (2.11)

3) при прямоугольном открытом пазе (см. рисунок 2.1, в)

 

,                         (2.12)

 

где  и - коэффициенты, учитывающие укорочение шага обмотки , по рисунку 2.1, г.

 

2.9 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния статора

 

,                   (2.13)

 

где - коэффициент дифференциального рассеяния, определяется по таблице 1;

      ,  - коэффициент, учитывающий влияние открытия паза.

 

 

 

Таблица 1 - Коэффициент дифференциального рассеяния

 

2.10 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки статора:

                       .                                  (2.14)

2.11 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния обмотки статора

 

.                                         (2.15)

2.12 Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора (Ом):

 

.                           (2.16)

 

2.13 Индуктивное сопротивление в относительных единицах

 

.                                        (2.17)

 

 Сопротивление обмотки ротора

 

2.14 Среднее значение зубцового деления ротора (м):

 

.                                    (2.18)

 

2.15 Средняя ширина катушки обмотки ротора (м):

,

где - для петлевой обмотки,  средний шаг обмотки ротора;

         - для стержневой волновой.

2.16 Средняя длина лобовой части катушки (м):

,        (2.19)

   

где  - двухсторонняя толщина изоляции паза ротора (мм).

 

2.17 Средняя длина витка обмотки ротора (м):

.                                         (2.20)

2.18 Вылет лобовой части обмотки ротора (м):

.                                             (2.21)

2.19 Активное сопротивление обмотки фазы ротора (Ом)

.                               (2.22)

2.20 Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора

.                               (2.23)

2.21 Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к статору (Ом):

,                                         (2.24)

то же в относительных единицах

.                                    (2.25)

2.22 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора

при трапецеидальном пазе (см. рисунок 2.2, а)

 

     ,             (2.26)

 

при прямоугольном пазе (см. рисунок 2.2, б)

 

     ,          (2.27)

 

где коэффициенты, учитывающие укорочение шага  обмотки,    по рисунку 2.1, г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.23 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния ротора

 

,                            (2.28)

 где       ;                                                                       

      по таблице 2.

 

2.24 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки ротора

.                                 (2.29)

  Таблица 2 – Коэффициент дифференциального рассеяния

 

2.25 Коэффициент проводимости рассеяния обмоток ротора

 

.                                     (2.30)

2.26 Индуктивное сопротивление обмотки фазы ротора (Ом):

.                                    (2.31)

2.27 Индуктивное приведенное сопротивление обмотки фазы ротора (Ом)

.                                             (2.32)

2.28 Индуктивное приведенное сопротивление обмотки фазы ротора (о.е.)

 .                                         (2.33)

 

3 Потери в стали, механические и добавочные потери

 

Потери в стали (магнитные потери) и механические не зависят от нагрузки, поэтому они называются постоянными потерями и могут быть определены до расчета рабочих характеристик.

 

3.1 Расчетная масса стали зубцов статора при трапецеидальных пазах (кг):

,                                    (3.1)

то же при прямоугольных пазах

 

,                                   (3.2)

 

 

3.2 Магнитные потери в зубцах статора (Вт):

а) для стали 2013

;                                                (3.3)

б) для стали 2312

.                                                (3.4)

(для трапецеидальных пазов - ,

для прямоугольных - ).

 

 

3.3 Масса стали ярма статора

.                                 (3.5)

 

3.4 Магнитные потери в ярме статора (Вт):

а) для стали 2013

;                                                  (3.6)

 

б) для стали 2312

.                                                 (3.7)

 

3.5 Суммарные магнитные потери в сердечнике статора, включающие добавочные потери в стали (Вт):

.                     (3.8)

 

3.6 Механические потери (Вт) при степени защиты IP23, при радиальной системе вентиляции без радиальных каналов, при способе охлаждения 1COI

,                                   (3.9)

 

с радиальными каналами

                        ,                      (3.10)

 

при степени защиты IP44 и способе охлаждения ICO141

 

.

 

3.7 Дополнительные потери (Вт) при номинальной нагрузке (под дополнительными потерями понимаются потери, возникающие от вытеснения тока в проводниках, от потока рассеяния и т.д.) определяются по эмпирической формуле:

.

 

 4 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

 

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости

.

Рабочие характеристики могут быть рассчитаны аналитическим методом на основе данных Г- образной схемы замещения асинхронного двигателя (см. рисунок 4.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора (Ом):

.                                                     (4.1)

4.2 Коэффициент приведения параметров Т-образной схемы замещения к Г- образной

.                                                  (4.2)

4.3 Активная составляющая тока холостого хода при S=0

.                                           (4.3)

4.4 Реактивная составляющая тока холостого хода при S=0

.                                                          (4.4)

4.5 Дальнейшие формулы для расчета рабочих характеристик сведены в таблицу 3.

Расчет производится для ряда скольжений

                                     ,                               (4.5)

где    при этом номинальное скольжение  .

Таблица 3 - Расчет рабочих характеристик

№	Расчетная формула	Едини-цы	Скольжение S
1		Ом
2		Ом
3		Ом
4		Ом
5		А
6
7
8		А
9		А
10		А
11		А
12		кВт
13		Вт
14		Вт
15		Вт
16		кВт
17		кВт
18		-
19
20		об/мин
21		Н·м

 

4.6 По результатам расчетов, выполненных согласно таблице 3, производиться построение рабочих характеристик асинхронного двигателя (см. рисунок 4.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.2 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя

 

4.7 После построения рабочих характеристик на оси абсцисс откладывается номинальная мощность (точка А), через точку А проводится параллельно оси ординат линия АВ, точками пересечения линии АВ с кривыми рабочих характеристик и определяются номинальные значения потребляемой мощности , тока , вращающего момента , коэффициента мощности , коэффициента полезного действия, скорости вращения ротора   и скольжения .

4.8 Скольжение, соответствующее максимальному моменту

 

.                                                   (4.6)

 

4.9 Перегрузочная способность асинхронного двигателя

 

,                        (4.7)

 

где  

                          .                                              (4.8)

 

После построения рабочих характеристик и после определения перегрузочной способности,  курсовой проект заканчивается.

 

Приложение А

 

Таблица А. 1- Кривая намагничивания для зубцов асинхронных двигателей. Сталь 2013

Таблица А. 2- Кривая намагничивания для зубцов асинхронных двигателей.Стали 2211 и 2312

 

Приложение Б 

          Таблица Б. 1 – Кривая намагничивания для ярма асинхронных двигателей. Сталь 2013

 

          Таблица Б. 2 - Кривая намагничивания для ярма асинхронных двигателей. Стали 2211 и 2312

 

Список литературы

1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. – М.: Энергия,  2002.

2. Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Высшая школа, Логос, 2000. – 607с.

3. Лихачев В.А. Электродвигатели асинхронные. – М.: 2002.

4. Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических машин. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

5. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. – М.: Высшая школа, 1984.

6. Кравчук А.Э., Шлаф М.М., Афонин Е.И., Соболевская Е.А. Справочник. Асинхронные двигатели серии 4А. – М.: Энергоиздат, 1982.

7. Государственные стандарты на электрические машины.

8. Жерве Г.К. Расчет асинхронного двигателя при перемотке. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1980.

9. Рубо Л.Г. Пересчет и ремонт асинхронных двигателей мощностью до 160 кВт. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1970.

10 Шидерова Р.М., Бестерекова А.Н Асинхронные двигатели с фазным ротором (Расчет геометрических размеров и обмоток).- Алматы.: АУЭС, 2011г.

Содержание

1	Введение	3
2	Расчет магнитной цепи	4
3	Активные и индуктивные сопротивления обмотки статора и ротора	6
4	Потери в стали, механические и добавочные потери	13
5	Рабочие характеристики асинхронного двигателя	15
6	Приложения	19
	Список литературы	22