ФГБОУ ВПО «Югорский государственный университет»

Кафедра «Энергетика»

Карминская Т.Д., Ковалёв В.З., Беспалов А.В, Щербаков А.Г.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Учебное пособие

для выполнения курсового проектирования по

дисциплине «Электрические машины»

для бакалавров, обучающихся по

направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Ханты-Мансийск 2013

УДК

ББК

В данном учебном пособии описывается методика проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, которая необходима для выполнения задания по курсовому проектированию. В ходе выполнения курсового проектирования решаются такие задачи как выбор главных размеров двигателя, расчёт параметров и магнитной системы обмотки статора, расчёт параметров и магнитной системы обмотки ротора, определение параметров схемы замещения и построение механической и рабочих характеристик асинхронного двигателя.

Учебное пособие составлено в соответствие с рабочими программами курсов «Электрические машины» для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Оно может быть полезно студентам других электрических и электромеханических направлений и специальностей, а также специалистам, занимающимся исследованиями, проектированием и эксплуатацией асинхронных машин различного назначения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Исходные данные для проектирования

Варианты заданий для проектирования

Глава 1. Методика проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

1.1. Выбор главных размеров двигателя.

1.2. Расчёт параметров обмотки статора

1.3. Расчёт параметров воздушного зазора

1.4. Расчёт параметров обмотки ротора.

1.5. Расчёт тока намагничивания

1.6. Расчёт параметров рабочего режима двигателя

1.7. Расчёт активных потерь в двигателе

1.8. Расчёт рабочих характеристик двигателя

1.9. Расчет пусковых характеристик.

Глава 2. Применение эвм для проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2.1. Описание программы «АД–КП»

2.2. Пример применения программы «АД – КП»

Заключение

ПРИЛОЖЕНИЯ

Список литературы

Введение.

Асинхронная машина – бесколлекторная машина переменного тока, у которой отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, к которой машина подключена, зависит от нагрузок. Как любая электрическая машина, асинхронная машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать как в двигательном, так и генераторном режимах. Однако на практике наибольшее распространение получил двигательный режим работы машины. На сегодняшний день асинхронный двигатель является основным двигателем большинства механизмов и машин. Более 60 % всей вырабатываемой электрической энергии потребляется электрическими машинами, при этом значительную долю в этом потреблении (примерно 75 %) составляют асинхронные двигатели. Достаточно широкое распространение асинхронные двигатели получили благодаря следующим своим достоинствам: небольшие габаритные размеры, простота конструкции, высокая надёжность, высокое значение КПД, относительно низкая стоимость. К недостаткам асинхронного двигателя относят: трудности при регулировании скорости вращения, большие пусковые токи, низкое значение коэффициента мощности при работе машины в режиме близком к холостому ходу. Первый и второй из недостатков могут быть компенсированы применением преобразователей частоты, использование которых расширило область применения асинхронных машин. Благодаря преобразователям частоты асинхронный двигатель широко внедряется в области, где традиционно использовались другие виды электрических машин, прежде всего машины постоянного тока.

Поскольку существующим асинхронным двигателям свойственны ряд недостатков со временем постоянно разрабатываются новые серии асинхронных двигателей, имеющих более высокие технико-экономические показатели по сравнению с предыдущими сериями асинхронных двигателей, лучшие по качественным показателям рабочие и механические характеристики. Кроме этого, часто возникают потребности в разработке и модернизации асинхронных двигателей специального исполнения. К таким двигателям можно отнести:

погружные асинхронные двигатели (ПЭД) применяемые для привода установок электроцентробежных насосов (УЭЦН). Особенность конструкции таких двигателей – ограниченность в размерах наружного диаметра, размеры которого заданы диаметром насосно-компрессорной трубы, в которой двигатель располагается. Кроме этого, двигатель эксплуатируется при достаточно высоких температурах, что приводит к снижению его развиваемой мощности. Указанные обстоятельства требуют разработки специальной конструкции асинхронных двигателей;

двигатели, работающие совместно с частотными преобразователями, которые выполняют функции их регулирования. Поскольку преобразователи частоты приводят к генерации целого спектра гармонических составляющих в кривой напряжения питания двигателя, наличие гармонических составляющих приводит к появлению дополнительных потерь в двигателе и снижению его КПД ниже номинального. Конструкция асинхронного двигателя, работающего совместно с преобразователями частоты должна учитывать данную особенность и наличие в кривой напряжения питания высших гармоник не должно приводить к дополнительным потерям мощности.

Указанный список асинхронных двигателей специального исполнения может быть продолжен, и отсюда можно сделать следующие выводы:

существует необходимость в разработке новых серий асинхронных двигателей;

существует необходимость в освоении существующих методик проектирования асинхронных двигателей для решения указанной выше задачи;

существует необходимость в разработке новых методик проектирования асинхронных двигателей, позволяющих при меньших затратах времени на проектирование разрабатывать новую серию асинхронных двигателей с лучшими технико-экономическими показателями.

Цель выполнения задания на курсовое проектирование – разработка асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющего заданные параметры, на основе существующей и широко применяемой на практике методике проектирования асинхронных двигателей.

Исходные данные для проектирования.

Разрабатываемый асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором должен иметь следующие паспортные данные:

1. Номинальное (фазное) напряжение питания U_1нф, В;

2. Частота напряжения питания сети f₁, Гц;

3. Число фаз напряжения питания m₁

4. Номинальная мощность Р₂, кВт;

5. Синхронная скорость вращения n₁, об/мин;

6. Номинальное значение КПД η (не менее), отн. ед.;

7. Номинальное значение коэффициента мощности cos(φ) (не менее), отн. ед.;

8. Конструктивное исполнение;

9. Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды;

10. Категория климатического исполнения.

В ходе выполнение курсового проектирования необходимо спроектировать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеющий указанные паспортные данные, и сравнить основные показатели полученного асинхронного двигателя с показателями аналогичного двигателя, выпускаемого промышленностью (в качестве аналогов рассматривать асинхронные двигатели серии АИР, паспортные данные которых приводятся в ПРИЛОЖЕНИИ 1)

Результаты расчёта оформить в виде пояснительной записки.

Выполнить чертёж разработанного асинхронного двигателя и представить его на формате А1.

Примечание: данное учебное пособие по курсовому проектированию выполнено в виде рабочей тетради, которая может служить образцом для оформления расчётов в виде пояснительной записки. В ней приводится так же пример расчёта асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющем следующие исходные данные:

	U1нф, В	f1, Гц	m	Р2, Вт	n1, об/мин	η, о.е. не менее	Cos(φ), о.е. не менее
Пример	220	50	3	4000	1500	0,7	0,7

Конструктивное исполнение – IM1001;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды – IP44;

Категория климатического исполнения – У3.

Варианты заданий для проектирования.

Номер варианта	Исходные данные для проектирования
	P2,Вт	n1, об/мин	U1нф, В	η, о.е. не менее	m	f1, Гц	cosφ, о.е.
1	15000	1000	220	0,95	3	50	0,91
2	15000	1500	220	0,85	3	50	0,78
3	7800	750	220	0,79	3	50	0, 76
4	14000	1500	220	0,78	3	50	0,85
5	22000	1000	220	0,87	3	50	0,84
6	23000	1500	220	0,89	3	50	0,89
7	5400	750	220	0,90	3	50	0,84
8	1900	750	220	0,9	3	50	0,87
9	29000	3000	220	0,9	3	50	0,87
10	19000	1500	220	0,9	3	50	0,89
11	7500	750	220	0,83	3	50	0,80
12	17000	1500	220	0,89	3	50	0,87
13	23000	1000	220	0,81	3	50	0,84
14	14000	3000	220	0,77	3	50	0,89
15	22000	750	220	0,85	3	50	0,84
16	23000	1000	220	0,83	3	50	0,9
17	7600	750	220	0,87	3	50	0,86
18	7800	1500	220	0,85	3	50	0,91
19	7100	1500	220	0,89	3	50	0,78
20	2500	1500	220	0,84	3	50	0,80
21	5300	1500	220	0,85	3	50	0,84
22	1400	1500	220	0,85	3	50	0,78
23	35000	3000	220	0,78	3	50	0,82
24	21000	3000	220	0,86	3	50	0,88
25	22000	3000	220	0,83	3	50	0,89
26	28000	1500	220	0,87	3	50	0,91
27	14000	1500	220	0,85	3	50	0,9
28	25000	1500	220	0,84	3	50	0,89
29	21000	1500	220	0,85	3	50	0,88
30	4500	3000	220	0,85	3	50	0,82
31	4200	750	220	0,78	3	50	0,86
32	24000	3000	220	0,89	3	50	0,86
33	16000	3000	220	0,84	3	50	0,86
34	17000	1500	220	0,80	3	50	0,85
35	14000	1500	220	0,77	3	50	0,81
36	21000	1500	220	0,85	3	50	0,87
37	24000	1500	220	0,91	3	50	0,78
38	4900	3000	220	0,87	3	50	0,89
39	4100	750	220	0,90	3	50	0,84
40	17000	1000	220	0,81	3	50	0,81
41	19000	1500	220	0,77	3	50	0,81
42	7400	750	220	0,88	3	50	0,79
43	8100	1500	220	0,83	3	50	0,82
44	7200	1500	220	0,87	3	50	0,91
45	20000	3000	220	0,91	3	50	0,89
46	27000	3000	220	0,9	3	50	0,93
47	7300	1000	220	0,91	3	50	0,9
48	5100	1500	220	0,76	3	50	0,87
49	16000	3000	220	0,87	3	50	0,87
50	14000	1500	220	0,81	3	50	0,82

Для всех вариантов задания одинаковые значения имеют следующие паспортные данные проектируемых двигателей:

Напряжение питания (фазное значение) U_1фн, В – 220;

Частота питающего напряжения f₁, Гц – 50;

Число фаз напряжения питания m₁ – 3;

Конструктивное исполнение IM1001;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды IP44;

Категория климатического исполнения У3