Асинхронные двигатели с фазным ротором

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

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 Lб.

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; n1 — синхронная частота вращения магнитного поля статора (принимается по заданию на расчёт).

Расчетная мощность определяется из выражения.

(1. 3)

где: КЕ=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 Da=0,255, м

Определить внутренний диаметр D по выражению.

(1. 4)

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

Da=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 КВ принимается из расчета синусоидального поля в воздушном зазоре;

?б=2/??0,637; КВ=?/2?1,11.

Значение обмоточного коэффициента предварительно принимается;

— для однослойных обмоток Коб=0,95?0,96.

Принимаем однослойную обмотку Коб=0,955; зная Da=0,255 м определяем по графику: А=29·103

Вб=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 t1 осуществляется по рис 1.4. [3]

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

t1min=0,0123

t1max=0,0147

Возможное число пазов статора.

(1. 8)

где D=0,16 592

Z1min=35,968 Z1max=42,986

Окончательно число пазов статора Z1; принимаем Z1=36

(1. 9)

Тогда зубцовый шаг статора.

(1. 10.)

t1> [6?7] мм

м

Число проводников в пазу.

Количество эффективных проводников:

(1. 11)

где a1=1 число параллельных ветвей в обмотке, равно единице, а номинальный ток обмотки статора.

(1. 12)

[A]

A=29·103

t1=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 мм2 (1. 15)

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

Jдоп=50?6,5 А/мм; a1=1

Примем Jдоп=6,5 А/мм2

, мм2

Из таблице выбираем стандартное сечение проводника Sс1 ближайшее к S' =2,259. Марка ПЭТВ — эмалированный проводник.

Sc — площадь поперечного сечения не изолированного провода Sc=2,27 мм2 номинальный диаметр неизолированного провода d=1,7 мм.

Среднее значение диаметра изолированного провода dиз=1,785 мм.

Уточняем плотность тока, А/мм2

(1. 16)

, А/мм2

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция. Общее число проводников в пазу.

(1. 17)

шт.

Площадь, занимаемая проводниками, мм2.

(1. 18)

, мм2

Свободная площадь паза

(1. 19)

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

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: Da=255 мм

Высота ярма статора, м

(1. 20)

где hZ1 — 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.

m2 = m1 и p2 = p1.

где p1 = p2 = 2

m1 = m2 = 3

Число пазов полюсов и фазы ротора q2, а также число пазов ротора Z2 определяется по формуле:

(1. 21)

Определяем число витков по формуле:

(1. 22)

При: q2?1 в фазе роторов с катушечной обмоткой устанавливаем значение ЭДС фазы Е2 соединяем в треугольник по формуле:

(1. 23)

где U2K — напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя, которое должно находиться в пределах 150?200 В.

Примем U2K =150

, В

Определяем число эффективных проводников в пазу:

(1. 24)

Число эффективных проводников в пазу должно быть чётным, поэтому полученное значение округляется до uп1, уточняется число витков в фазе,

uп1=28

W2=uп2·р2·q2 (1. 25)

W2=2·2·28=112

И проверятся Uф2 напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя:

, В (1. 26)

, В

Фазный ток ротора:

, А (1. 27)

где Кj — коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивление обмоток на отношение I1 / I2, принимается по рис. 1.7. [3] при cos ?н =0,882, Кj=0,94; Кпр — коэффициент для приведения параметров неподвижного ротора к параметрам статора.

(1. 28)

где Коб1, Коб2 — обмоточный коэффициент статора и ротора;

коэффициент Коб определяем по таблице 1.6. [3] и примем при q2 = 4; Коб2 = 0,965.

Подставим Кпр, получим:

, А

Внешний диаметр ротора, м, определяется по формуле:

(1. 29)

, м

Зубцовое деление (зубцовый шаг) ротора, м.

(1. 30)

, м

Площадь сечения

< 2,5, мм2 (1. 31)

применим nэл2 = 1

> 2,5, мм2

применим nэл2 = 2

< 2,5, мм2

S2'=1,65 примем Sc=1,767 мм2

d=1,5 мм.

dиз=1,585 мм

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция.

Общее число проводников в пазу.

(1. 32)

Площадь, занимаемая проводниками, мм2.

(1. 33)

, мм2

Свободная площадь паза

(1. 34)

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

, мм2

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 Z2=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 R1, X1, ротора R1, X1, сопротивление взаимной индуктивности X12 и расчётное сопротивление R12 (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 КЛ — коэффициент, (принимаемый из таблице) КЛ = 1,55;

bКТ — 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, Вб в воздушном зазоре определяется из выражения:

(2. 1)

где КЕ=0,98; КВ =1,11 определяется по формуле; К об1=0,955

, Вб

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

(2. 2)

, Тл

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

(2. 3)

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

Магнитная индукция в ярме статора рассчитывается по формуле:

(2. 4)

Значение Вс =1,5; Вс ?1,4?1,6 Тл для 2р1=4, удовлетворяет значению.

Принимаем намагничивающий ток I?=0,25

3. Схема развёртки обмотки статора

Z1=36 число пазов, 2P1=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; SКр — критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту Мmax на механической характеристике.

Для номинального режима работы выражение (4. 1) примет вид:

(4. 2)

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

(4. 3)

где PН=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-Sн).

?н = 157,08. (1−0,0175)=154,3 об/мин

Н.м.

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

(4. 5)

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

Учитывая, что 0< SКР<1 и SКР> SН выбираем SКР1=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 Rд.

(5. 1)

где R2 — сопротивление фазы ротора, R2=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 М1 до М2 показано на рисунке.

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

При построении пусковой диаграммы предельный момент М1 не может быть больше критического и обычно принимается (0,8?0,9) Мmax, а момент переключения М2 должен составлять (1,1?1,25) Мс.

Число ступеней пусковой диаграммы m (оно равно числу искусственных характеристик) и значение моментов М1 и М2 связаны между собой соотношением.

(5. 2)

где — значение момента в относительных единицах.

Если при выбранных значениях М1 до М2 число ступеней m не получается целым, то его следует округлить в сторону ближайшего целого числа m и пересчитать момент переключения М'2.

Принимаем М1=0,9·97,6=87,84

М2=1,1·48,6=53,46

Т.к. при выборе значения М1 и М2 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 ?=М1/М'2 и величину сопротивления по ступеням рисунок определяется по формуле:

(5. 4)

где RР=R2 — 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 регулировать, изменяя величину сопротивления в роторной цепи.

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

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.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой