Курсач ЭМ / poz075_0
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального учреждения
УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО
ДВИГАТЕЛЯ
Методические указания и задания к курсовому проекту по дисциплине «Электрические машины» для студентов специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и
технологических комплексов»
Ухта 2008
УДК 621.3(075.8)
С 77
Старцев, А.Э. Проектирование трехфазного асинхронного двигателя [Текст]: метод. указания/А.Э. Старцев. – Ухта: УГТУ, 2008. – 47с., ил.
Методические указания предназначены для самостоятельного выполнения курсового проекта по дисциплине «Электрические машины» студентов специальности 140604 (ЭАП).
Методические указания содержат варианты заданий, пояснения, ссылки на литературу, вопросы для защиты курсового проекта.
Содержание указаний соответствует учебной рабочей программе.
Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой ЭАТП пр. № 4 от 21.04.2008 г. и рекомендованы к изданию советом специальности 140604.
Рецензент Ягубов З.Х
Редактор Тетеревлева Е.В.
Компьютерный набор Кузьминов Е.А.
В методических указаниях учтены предложения рецензента и редактора.
План 2008 г., позиция 75.
Подписано в печать 23.06.2008 года. Компьютерный набор.
Объем 47 с. Тираж 150 экз. Заказ № 220.
©Ухтинский государственный технический университет, 2008 169300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.
Отдел оперативной полиграфии УГТУ. 169300, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.
Оглавление
1. |
Введение................................................................................................................ |
4 |
||
2. |
Содержание курсового проекта........................................................................ |
5 |
||
3. |
Указания по оформлению и защите проекта. ............................................... |
6 |
||
4. |
Объём и график выполнения основных разделов курсового проекта. ... |
7 |
||
5. |
Указания к выполнению отдельных разделов курсового проекта. ......... |
7 |
||
|
5.1. |
Техническое задание....................................................................................... |
8 |
|
|
5.2. Выбор главных размеров электродвигателя............................................... |
8 |
||
|
5.3. Определение числа пазов статора, числа витков и сечения обмотки |
|
||
|
статора |
.................................................................................................................... |
9 |
|
|
5.3.1. |
Форма пазов статора: ............................................................................. |
12 |
|
|
5.3.2. |
Форма пазов ротора:............................................................................... |
12 |
|
|
5.4. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора............. |
16 |
||
|
5.5. |
Расчет короткозамкнутого ротора.......................................................... |
19 |
|
|
5.6. |
Расчет магнитной цепи............................................................................... |
21 |
5.7.Расчет параметров асинхронной машины для номинального режима. 23
5.7.1.К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазового
рассеяния статора................................................................................................ |
28 |
|
5.7.2. К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазового |
|
|
рассеяния ротора................................................................................................. |
29 |
|
5.8. |
Потери и КПД............................................................................................... |
32 |
5.9. |
Расчет рабочих характеристик................................................................. |
34 |
5.10. Пусковые характеристики.......................................................................... |
34 |
|
5.10.1. Учет эффекта вытеснения тока............................................................. |
34 |
|
5.10.2. Влияние насыщения на параметры ...................................................... |
36 |
|
5.10.3. К расчету влияния насыщения полями рассеяния.............................. |
37 |
|
5.10.4. Расчет пусковых характеристик ........................................................... |
38 |
|
5.11. Тепловой и вентиляционный расчеты........................................................ |
39 |
|
6. Вопросы к защите курсового проекта.......................................................... |
41 |
|
6.1. |
Примерные вопросы ..................................................................................... |
42 |
7. Литература......................................................................................................... |
43 |
3
1.Введение
По своим показателям и характеристикам электрические машины удовлетворяют самым разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства. Они различаются по принципу действия, мощности, напряжению, частоте вращения, режиму работы, конструктивным формам и параметрам и др.
Для современного электромашиностроения свойственны единые серии электрических машин, характеризуемых общностью назначения и подобием конструкции всей серии. С учетом этого законы проектирования машин также характеризуются общностью, устанавливающей наиболее целесообразные соотношения основных размеров и параметров.
Основные методы проектирования электрических машин создавались на основе этих законов и большого опыта проектирования и длительной эксплуатации. Поэтому при проектировании особое внимание уделяется расчету и проектированию серийных электрических машин. Однако студент в своей работе проектирует единичную машину, и для более глубокого усвоения особенностей проектирования на всех этапах выполнения проекта рекомендуется вести “вручную”. При этом необходимо учитывать многие, подчас противоречивые факторы, которые должны быть приведены к единым критериям. Это делает необходимым многовариантность расчетов отдельных параметров и характеристик машин и, следовательно, использование ЭВМ в целях оптимизации работы.
Курсовой проект имеет целью ознакомить студента с современной практикой проектирования электрических машин и её основными проблемами, научить его применять полученные значения при решении реальной задачи, воспитать и развить навыки самостоятельной работы и самостоятельного принятия решений.
Каждый студент выполняет индивидуальное задание, пользуясь рекомендованной литературой. При этом студент должен с возможными вариантами расчетных и конструктивных решений, оценить их достоинства и недостатки, обоснвать принятое им решение.
Настоящие методические указания включают: содержание курсового проекта, указания по оформлению и защите, варианты заданий, перечень учебной литературы, методические рекомендации по выполнению тех разделов проекта, при выполнении которых студенты наиболее часто совершают ошибки или которые недостаточно полно освещены в литературе.
Использование настоящих указаний позволит студенту ориентироваться в литературе по проектированию и преодолеть трудности, встречаемые при проектировании электрических машин. Выполнение проекта предполагает знание физических процессов и основных вопросов теории асинхронных машин.
4
2.Содержание курсового проекта.
Содержание курсового проекта направлено, прежде всего, на расширение и углубление знаний, развитие навыков в расчетах с широким использованием справочной литературы, каталогов, учебных пособий и др.
Проектирование электрической машины – это сложная многовариантная задача. Стремясь получить наиболее быстрым путём близкий к заданию расчетный вариант, студент при работе над проектом обязан научиться оптимизировать многие расчеты. Поэтому перед началом расчета он должен тщательно изучить конструкцию базового двигателя, критически оценить принятые в ней соотношения размеров, уровни электромагнитных нагрузок и другие данные [1].
Курсовой проект включает следующие материалы:
1.Расчетно-пояснительную записку.
2.Графическую часть.
Расчетно-пояснительная записка должна содержать:
а. Титульный лист (приложение № 2).
б. Задание на курсовой проект(приложение № 3). в. Оглавление.
г. Введение (назначение и серии асинхронных машин, требования ГОСТ, основные задачи проектирования и др.).
д. Расчетно-конструкторскую часть, в которую входит:
•Выбор главных размеров электродвигателя
•Расчет зубцовой зоны и обмотки статора
•Расчет магнитной цепи и намагничивающего тока
•Определение параметров обмоток статора и ротора
•Расчет потерь в машине и параметров холостого хода
•Рабочие и пусковые характеристики
•Тепловой и вентиляционные расчеты
•Описание конструкции
•Заключение (анализ расчетных данных) е. Литература.
Сцелью введения в процессе проектирования элементов учебноисследовательского характера содержание курсового проекта может быть по указанию руководителя изменено (углубление и расширение отдельных вопросов проекта, внесение специфических условий и др.)
Графическая часть проекта должна содержать:
1.Чертёж общего вида электродвигателя с его продольным и поперечным разрезами (для полного представления о принципиальных конструктивных решениях) – лист 1.
2.Эскизы пазов статора и ротора (увелич.) с расположением проводников, изоляционных материалов (с размерами).
3.Эскиз магнитной цепи электродвигателя.
4.Рабочие и пусковые характеристики.
5
3.Указания по оформлению и защите проекта.
Расчетно-пояснительная записка составляется в последовательности, указанной выше и выполняется в объеме 40-50 страниц (не менее) текста на бумаге формата А4 (210х297 мм). В тексте, который печатается на одной стороне листа, приводятся формулы в буквенном выражении, затем подставляются цифровые значения и выполняются вычисления. Результаты промежуточных вычислений могут быть опущены. У каждой величины, являющейся результатом вычисления, указывается размерность, все расчеты производятся в системе СИ. В начале расчета необходимо указать основной учебник, по которому выполняется расчет. Если формулы берутся из дополнительной литературы, то это отмечается в тексте в квадратных скобках цифрами соответственно списку литературы.
Вычислительная техника с согласия руководителя проекта может применяться на всех этапах выполнения и оформления курсового проекта с использованием программного обеспечения, имеющегося в распоряжении студента на кафедре или разработанного самим студентом. Расчетная часть проекта может быть выполнена с использованием MATCAD или аналогичного программного продукта, но перед записью расчетных формул необходимо вывести для контроля входящие в них величины, если они были определены вне пределов экрана. Руководитель проекта может потребовать на отдельных этапах выполнения ручного контрольного расчета. Пояснительная записка может быть оформлена также на MATCAD или с использованием любой имеющейся в распоряжении студента программы-редактора. Чертежи и графики также могут быть выполнены с использованием соответствующего программного продукта. Для текущей проверки выполненные работы могут быть представлены с согласия руководителя проекта на электронных носителях, однако окончательное оформление может быть только на бумаге.
В тексте даются необходимые обоснования (кратко, ясно, без общих рассуждений и повторов с обязательной ссылкой на литературу) технической и экономической целесообразности при выборе коэффициентов, материалов, значений электромагнитных нагрузок и др.
Конструктивные чертежи (лист 1, 2, формат А1) выполняются в соответствии с требованиями ЕСКД.
Масштаб для общего вида выбирается таким, чтобы на одном листе разместить две проекции (1:1; 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10).
К защите допускаются проекты,подписанные руководителем (надписи на всех чертежах и пояснительной записке). Проект принимается комиссией, назначенной кафедрой. Студенту дается 10 минут для сообщения (отмечается поставленная задача, наиболее конструктивные и расчетные решения, трудности при проектировании, сравниваются полученные данные с базовым вариантом, приводится методика расчета и др.)
После сообщения студенту задаются вопросы по расчету и конструкции машины, общей теории, методике отдельных вариантов расчета, уровню допускаемых нагрузок, применяемым материалам, эксплуатации машины (режим работы, способы пуска, характеристики и др.), типам обмоток статора и ротора, конструктивным решениям в машинах разных параметров и т.д. Наиболее часто встречаемыевопросыприведенывп.6 данныхметодических указаний.
6
4. Объём и график выполнения основных разделов курсового проекта.
NN |
Наименование разделов проекта |
Объём |
Сроки выполнения |
пп |
|
раздела в % |
по неделям |
|
|
|
семестра |
1. |
Выбор главных размеров |
5 |
1 неделя |
2. |
Электромагнитный расчёт (основная |
35 |
3 недели |
|
часть) |
|
|
3. |
Расчёт рабочих и пусковых |
10 |
1 неделя |
|
характеристик |
|
|
4. |
Тепловой расчёт |
8 |
1 неделя |
5. |
Вентиляционный расчёт |
1-2 |
1 неделя |
6. |
Разработка конструкций |
30 |
2 недели |
|
(выполнение чертежей общих видов |
|
|
|
в тонких линиях) |
|
|
7. |
Завершение чертежей и оформление |
10 |
1 неделя |
|
пояснительной записки и защита |
|
|
5. Указания к выполнению отдельных разделов курсового проекта.
В указаниях все ссылки сделаны на учебники [7, 8] (иной источник указывается дополнительно). Студенты специальности 140604 выполняют один курсовой проект по электрическим машинам – по асинхронным двигателям с короткозамкнутым или фазовым ротором. Предусмотренный заданием объём работы в расчетной части конструктивной разработки должен соответствовать требованиям настоящих указаний без существенных отклонений к какую-либо сторону.
Варианты заданий на проектирование представлены в приложении №1 и выбираются студентами в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки.
Проектное задание (приложение № 2) включает: номинальные данные асинхронной машины, категории конструктивного и климатического исполнения, вид защиты от окружающий среды, режим работы, систему охлаждения.
Если нет специальных указаний в задании, то принимается: число фаз – 3, частота сети – 50 Гц, климатическое исполнение категории размещения – У4,
7
режим работы – длительный, класс нагревостойкости изоляции – F. Установочные и присоединительные размеры, а также требования, не оговоренные в задании, должны удовлетворять соответствующему ГОСТу.
Могут быть заданы и дополнительные требования к проектируемому двигателю, как то: наименьшие допустимые значения кратности максимального и минимального моментов, а для короткозамкнутых асинхронных двигателей – предельные значения пускового тока и наименьшие значения пусковых моментов.
Курсовой проект, выполненный не по своему варианту, на проверку не принимается и должен быть выполнен заново. Объем и сроки выполнения основных разделов курсового проекта представлены в учебном графике (см. настоящие указания).
5.1.Техническое задание
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором:
•Мощность Р2 = - кВт
•Синхронная частота вращения ротора n1 = - об/мин
•Напряжение (В) и схема соединения обмоток U = - / -
•Высота оси вращения h = - мм = - м
•Конструкционное исполнение
•Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды IP –
Расчетные формулы, расчетные значения, принимаемые по таблицам, выбираются относительно мощности асинхронного двигателя и его исполнения по способу защиты от воздействия окружающей среды.
5.2.Выбор главных размеров электродвигателя
Число пар полюсов:
p = 60 f , n1
где f = 50 - частота в сети, Гц.
Задавшись высотой оси вращения h, из таблицы 6-6 (9.8) принимают, соответствующее ей, значение наружного диаметра статора DА (м). Тогда внутренний диаметр статора (формула 6-2; 9.2):
D = KD DA м,
где KD (значение принято из таблицы 6-7 или 9.9, в соответствии с количеством пар полюсов).
Полюсное деление (формула 6-3; 9.3):
τ = π2 pD м.
8
В этих и во всех последующих расчетах принимаем π = 3,141592654.
Расчетная мощность (формула 6-4; 9.4): P = P2 η coskE ϕ Вт,
где значение kE было выбирают по графику на рисунке 6-8 (9.20), в соответствии с Dа, а η и cosϕ - по графику на рисунке 6-10 (9.21), относительно мощности Р2 (график выбирается также исходя из исполнения по степени защиты).
Электромагнитные нагрузки (предварительно) выбираются по графику на рисунке 6-12 (9.22), в соответствии с Dа.
Предварительное значение обмоточного коэффициента kоб1 выбирают в
зависимости от |
типа |
обмоток статора. Для однослойных обмоток |
||
kоб1 |
= 0,95 |
÷0,96 ; |
для |
двухслойных и одно-двухслойных – диапазон |
kоб1 |
= 0,90 |
÷0,91 |
и при |
большей полюсности kоб1 = 0,91÷0,92 (указан на |
странице 167, 348).
Коэффициент пропускного перекрытия αδ и коэффициент формы поля kB
в асинхронных машинах определяются степенью упрощения кривой поля в зазоре, возникающей при насыщении зубцов статора и ротора, и могут быть достаточно достоверно определены только после расчета магнитной цепи. Вследствие этого, до момента расчета магнитного цепи удобнее рассматривать синусоидальное поле, а влияние уплощения учесть при расчете магнитного напряжения отдельных участков магнитной цепи. Основываясь на этом, значения коэффициентов предварительно принимаются равными:
αδ = 2/π ≈ 0,64, kB =π / 2 2 =1,11 (с.167).
Расчетная длина воздушного зазора (формула 6-6, 9.6):
lδ = |
|
|
P |
|
|
|
|
, м, |
|
|
|
D2 Ω k |
B |
k |
об1 |
|
A B |
|
|
||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
δ |
|
|
|
||||
где синхронная угловая скорость вала (формула 6-5, 9.5) Ω = 2π |
f |
, рад/с. |
|||||||||
p |
|||||||||||
Критерием правильности выбора главных размеров D |
и lδ служит |
||||||||||
|
|||||||||||
отношение |
λ = |
lδ |
, |
которое должно находиться в пределах, |
показанных на |
||||||
τ |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
графике рисунка 6-14(9.25). Таким образом: λ = lτδ .
5.3. Определение числа пазов статора, числа витков и сечения обмотки статора
Полная конструктивная длина статора, длина стали сердечника статора l1 и lст1 соответственно равны и по формуле 6-7 (9.7) получим соотношение:
l1 =lст1 =lδ , м.
По графику, на рисунке 6-15 (9.26), выбирают предварительные предельные значения зубцового деления t1 : t1 min , м и t1 max , м.
9
Число пазов статора (формула 6-16, 9.16):
|
|
|
|
Z |
= π D |
|
Z |
|
π D |
π D |
1min |
|
t1max |
= |
→ |
|
||||
1min |
t |
t |
|
π D |
||
Z |
|
|||||
|
Z1max |
= |
||||
1max |
|
1max |
1min |
|
||
|
|
|
|
t1min
Окончательное чисто пазов статора Z1 следует выбирать в полученных
пределах с учетом условий, налагаемых требованиями симметрии обмотки, и желательного для проектируемой машины значения числа пазов на полюс и фазу q . Число пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно
быть кратно числу фаз, а число q - должно быть целым. Окончательно
выбирают: Z1 .
Таблица 1
Примерный возможный внутренний диаметр статора D в зависимости от количество пар полюсов р, высоты оси вращения h и наружного диаметра статора Dа
h |
Dа, мм |
2р |
D, мм |
|
50 |
81 |
2; |
4 |
41; 46 |
56 |
89 |
2; |
4 |
48; 55 |
63 |
100 |
2; 4; 6 |
54; 61; 65 |
|
71 |
116 |
2; 4; 6; 8 |
65; 70; 76 |
|
80 |
131 |
2; 4; 6; 8 |
74; 84; 88 |
|
90 |
149 |
2; 4; 6; 8 |
84; 95; 100 |
|
100 |
168 |
2; 4; 6; 8 |
95; 105; 113 |
|
112 |
191 |
2; 4; 6; 8 |
110;126;132 |
|
132 |
225 |
2; 4; 6; 8 |
130;145;158 |
|
160 |
272 |
2; 4; 6; 8 |
155;185;197 |
|
180 |
313 |
2; 4; 6; 8 |
171;211;220 |
|
200 |
349 |
2; 4; 6; 8 |
194;238;250 |
|
225 |
392 |
2; 4; 6; 8 |
208;254;284 |
|
250 |
437 |
2; 4; 6; 8 |
232;290;317 |
|
280 |
520 |
2; 4; 6; 8; 10 |
275;335; 370;385;400 |
|
|
|
|
|
|
315 |
520 |
2; 4; 6; 8; 10 |
275;335; 370;385;400 |
|
|
|
|
|
|
315 |
590 |
2;4;6;8;10;12 |
310;380; 425;440;450 |
|
|
|
|
|
|
355 |
590 |
2;4;6;8;10;12 |
310;380; 425;440;450 |
|
|
|
|
|
|
355 |
660 |
2;4;6;8;10;12 |
345;435; 470;490;500 |
|
|
|
|
|
|
10