Федеральное агенство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I» (фгбоу впо пгупс)

Кафедра «Электромеханические комплексы и системы»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчёт асинхронного двигателя при ремонте

Дисциплина: «Электрические машины»

Выполнил студент Томашполь Р. С.

Уч. шифр ­­­­­13-ЭТ-339

Санкт-Петербург 2016

Курсовая работа

Расчёт асинхронного двигателя при ремонте

Исходные данные. Вариант № 40.

По данному варианту из приложения 1 выбираем тяговый электродвигатель (ТЭД) по следующим параметрам:

Число пар полюсов (2р) – 6;

Степень защиты (IP) – 44;

Мощность ( ) – 11 кВт;

Определим синхронную частоту вращения двигателя по формуле:

Где f – частота (50 Гц);

p – число пар полюсов ( ).

Под эти параметры подходит ТЭД 4А160S6У3, который имеет следующие характеристики:

• Индукция в воздушном зазоре – 0,75 Тл.;

• Линейная нагрузка (А) – 293 А/см;

• Плотность тока в проводнике обмотки (J) – 6,9 А/мм²;

• Номинальный кпд (η_н) при 100% нагрузке - 0,85;

• Cos φ при 100% нагрузке - 0,86;

• Напряжение ( ) – В;

• 

• полная длина сердечника статора – 145 мм;

• величина воздушного зазора (δ) – 0,45 мм;

• 

Статор:

• Обмотка – однослойная концентрическая;

• 

• 

• Открытие паза статора - 3,7 мм.;

• Число эффективных проводников в пазу – 46 мм²;

• ;

• – ;

• Сечение элементарного проводника – 1,094 мм²;

• Обмоточный коэффициент – 0,96;

Ротор:

• Открытие паза ротора – 1,5 мм.

По исходным данным выполним расчёт и построение обмотки статора.

Для начала определим полюсное деление по формуле:

Наибольший шаг наружной катушки:

Где q – число катушек в катушечной группе, определяемая по формуле:

Где m – число фаз в машине .

Наименьший шаг внутренней катушки:

Средний шаг обмотки:

Фазная зона:

1. Поверочный расчёт двигателя при неизвестной индукции

в воздушном зазоре, с заменой диаметра провода в большую и меньшую сторону

«Чистая» длина активной стали статора, мм:

Где - полная длина сердечника статора, мм;

- коэффициент заполнения пакета сталью.

Выполним расчёт геометрии зубцовой зоны.

Зубцовое деление статора, мм:

Где – наружный диаметр расточки статора, мм;

- число пазов статора.

Зубцовое деление ротора, мм:

- число пазов ротора,

- величина воздушного зазора, мм.

Расчётная высота ярма статора, мм:

Где - высота зубца статора, мм (см. исходные данные).

Средняя длина силовой линии в ярме статора, мм:

Коэффициент воздушного зазора:

Где , – ширина зубца статора и ротора со стороны воздушного зазора, мм;

и - открытие паза статора и ротора соответственно.

Индукция в воздушном зазоре при известных обмоточных данных и расчётной частоте питающей сети 50 Гц, Тл:

Где p – число пар полюсов, определяемое по синхронной или номинальной частоте вращения;

– номинальное фазное напряжение;

– число параллельных ветвей обмотки статора;

- обмоточный коэффициент статора;

- число эффективных проводников в пазу.

Индукция в зубцах статора, Тл:

Где – ширина зубца статора, мм;

Индукция в ярме статора, Тл:

Магнитное напряжение воздушного зазора, А:

Магнитное напряжение в зубцах статора, А:

Где - напряжённость магнитного поля в зубцах, А/м, по таблицам кривых намагничивания для стали зубцов. По таблице при

Магнитное напряжение в ярме статора, А:

Где - напряжённость магнитного поля в ярме статора, А/м. По таблице при

Суммарное магнитное напряжение, А:

Намагничивающий ток, А:

Где - число витков обмотки статора;

Ток холостого хода, А:

Ток холостого хода, %:

Сравним полученное значение тока холостого хода с данными, приведёнными на рисунке. , значит, диаметр провода следует увеличивать.

Коэффициент заполнения паза проводниками:

Где - диаметр изолированного провода (элементарного проводника), мм;

- свободная от изоляции площадь паза, мм².

Расчёт размеров паза статора под обмотку

При поверочных расчётах асинхронной машины, поступающей в ремонт, определение размеров паза для размещения обмотки является одним из важных этапов. Некоторые размеры паза можно определить прямым измерением крайнего листа магнитопровода статора, когда из пазов удалена обмотка и изоляция; другие следует определить с помощью расчёта.

К размерам, определяемым прямым измерением (размеры паза «в штампе») можно отнести величины , , , , e (рис. ), причём последние две величины, как правило, стандартизирова-ны (табл. 1).

Высота клиновой части паза, мм:

Где для двигателей с высотой оси вращения до 250 мм включительно, для двигателей с высотой оси вращения свыше 250 мм. Данный ТЭД имеет высоту оси вращения 160 мм, значит

Размеры паза «в свету» с учётом припусков на шихтовку, мм:

• Ширина в узкой части:

• Ширина в широкой части:

• Высота:

Где припуски по ширине и высоте паза , выбираются по табл. 1 в зависимости от высоты оси вращения.

Таблица 1. Припуски по ширине и высоте паза, мм

Высота оси вращения, мм	160…250
	0,2
	0,2

Высота паза «в свету» без клина и шлица, мм:

Площадь поперечного сечения паза «в свету», мм²:

Площадь поперечного сечения корпусной изоляцией, мм²:

Где - односторонняя толщина пазовой изоляции, мм, выбирается по табл. 2.

Таблица 2. Изоляция обмоток из круглого провода статоров асинхронных двигателей напряжением до 660 В и высотой оси вращения до 250 мм.

Тип обмотки	h, мм	Позиция	Наименование материала изоляции				Односторонняя толщина, мм
			Класс нагревостойкости
			B	F	H
Однослойная	160	1	Изофлекс	Имидофлекс	Имидофлекс	0,4
		2				0,5

В однослойных обмотках

Площадь поперечного сечения паза для размещения обмотки, мм²:

В однослойных обмотках

Для двигателей с должен находиться в пределах 0,72…0,74. Данное условие здесь выполняется.

Плотность тока в проводнике обмотки, А/мм²:

Где - сечение провода без изоляции (элементарного проводника), мм²;

- сечение эффективного проводника, мм².

Линейная нагрузка, А/м:

Сделаем заключение о тепловой напряжённости машины, выполнив произведение и сравнив его результат с рекомендациями, приведёнными в приложении 3.

Данный результат выше значений, рекомендованных в приложении 3, а значит и тепловая напряжённость машины выше нормы. Для решения этой проблемы и для повышения тока холостого хода следует увеличить диаметр обмоточного провода.

При условии по табл. П1.2 приложения 1 выбираем ближайший больший диаметр элементарного проводника и определяем новое предварительное число эффективных проводников в пазу:

Где и - старое (исходное) значение числа эффективных проводников в пазу и сечение элементарного проводника (если );

- новое (измененное) сечение элементарного проводника.

Данное значение имеет небольшую погрешность. Поэтому его целесообразно округлить, не выполняя расчёт ряда вариантов , когда изменяется число параллельных ветвей методом подбора:

По новому окончательному значению определим индукцию в воздушном зазоре:

Далее выполним расчёт магнитной цепи до получения значения тока холостого хода, после чего полученное значение тока холостого хода сравним с данными, приведёнными на рисунке

Индукция в зубцах статора, Тл:

Индукция в ярме статора, Тл:

Магнитное напряжение воздушного зазора, А:

Магнитное напряжение в зубцах статора, А:

Где - напряжённость магнитного поля в зубцах, А/м, по таблицам кривых намагничивания для стали зубцов. По таблице при

Магнитное напряжение в ярме статора, А:

Где - напряжённость магнитного поля в ярме статора, А/м. По таблице при

Суммарное магнитное напряжение, А:

Намагничивающий ток, А:

Ток холостого хода, А:

Ток холостого хода, %:

Сравним полученное значение тока холостого хода с данными, приведёнными на рисунке. , значит данный ток холостого хода не превышает предельное значение максимального тока холостого хода.

Затем рассчитаем коэффициент заполнения паза , плотность тока, линейную нагрузку и коэффициент пропорциональности перегрева . Значение сравним с величинами, приведёнными в приложении 3.

Коэффициент заполнения паза проводниками:

Данный коэффициент входит в допустимый предел.

Плотность тока в проводнике обмотки, А/мм²:

Требуется, чтобы данная плотность тока отличалась не более, чем на 10% от рассчитанной ранее. Проверяем:

Линейная нагрузка, А/м:

Данный результат ниже значений, рекомендованных в приложении 3, а значит и тепловая напряжённость машины ниже нормы.

При ремонте рассматриваемой машины допускается использовать провод большего диаметра, поскольку его замена не приведёт к превышению максимальных (предельных) значений тока холостого хода и превышении нормы тепловой напряжённости машины.