Table Of Content

Міністерство освіти і науки України Одеський національний політехнічний університет ММЕЕТТООДДИИЧЧННІІ ВВККААЗЗІІВВККИИ ДДОО ККУУРРССООВВООГГОО ППРРООЕЕККТТУУВВААННННЯЯ ААССИИННХХРРООННННИИХХ ЕЕЛЛЕЕККТТРРООДДВВИИГГУУННІІВВ ППООТТУУЖЖННІІССТТЮЮ 00,,66......110000 ккВВтт для студентів напрямку – 6.050702 “Електромеханіка” денної та заочної форм навчання Одеса ОНПУ 2011 В.П. Шевченко Методичні вказівки до курсового проектування асинхронних електродвигунів потужністю 0,6...100 кВт для студентів напрямку – 6.050702 “Електромеханіка”. – Одеса: ОНПУ, 2011. – 95 с. 1 ЗМІСТ 1. Зміст проекту і графік його виконання 2. ЗАВДАННЯ НА ПРОЕКТУВАННЯ 3. ЗАСТОСУВАННЯ ПЕОМ ПРИ ВИКОНАННІ РОЗРАХУНКІВ 4. ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ РОЗДІЛІВ ПРОЕКТУ 4.1 Визначення додаткових розмірів АД 4.2 Розрахунок магнітного кола 4.3 Параметри обмоток двигуна 4.4 Втрати та ККД асинхронного двигуна 4.5 Робочі характеристики двигуна 4.6 Побудова механічної характеристики M = f (s) 4.7 Тепловий розрахунок 4.8 Розрахунок масо-вартісних показників 4.9 Проектні д ослідження 5. РОБОТА З ПАКЕТОМ ПРОГРАМ РОЗРАХУНКУ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ 5.1 Організація роботи з підсистемою 5.2 Етапи роботи з підсистемою проектування АМ 5.3 Файли каталогу "AM" 5.2 Формування вхідних даних 5.3 Етапи розрахунку АД 5.6 Результати розрахунку 6. КОНСТРУКТИВНА РОЗРОБКА ЕЛЕМЕНТІВ ДВИГУНА 7 ОФОРМЛЕННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ 7.1 Розрахункова записка 7.2 Графічна частина 8. КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ЗАХИСТУ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Список літератури Додаток 1. Штампи креслень і текстових документів Додаток 2. Таблиця і характеристики намагнічування Додаток 3. Ізоляція обмоток статора Додаток 4. Розміри мідних проводів ПЕТВ и ПЕТ-155 При вивченні дисципліни “Електричні машини” студенти напрямку 6.050702 “Електромеханіка” повинні засвоїти теорію і знать конструкцію найбільш розповсюджених електричних машин – асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором. Задачею курсового проекту є перевірочний розрахунок і вивчення конструкції асинхронного двигуна. 2 1. ЗМІСТ ПРОЕКТУ Перевірочний розрахунок трифазних асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором містить розділи (табл. 1.1), частина з яких розраховується за допомогою ПЕОМ. Розрахункова частина у формі пояснювальної записки обсягом 40÷50 с. повинна містити всі розділи і бути оформлена згідно з вимогами до оформлення курсових проектів. Зміст розрахунково-пояснювальної записки наведений в розд.7. Таблиця 1.1 Найменування розділів і графік їхнього виконання Застосу- Обсяг Кількість Термін Роз- Найменування вання розділу, годин виконання діл розділу ПЕОМ % на по виконання тижнях 1 Визначення додаткових Немає 5 1 1-й розмірів 2 Розрахунок магнітного Так 15 3 2-й кола 3 Параметри двигуна Так 10 2 3-й 4 Втрати і ККД Так 10 2 3-й 5 Робочі характеристики Так 10 3 4-й 6 Розрахунок механічної Так 5 1 5-й характеристики 7 Тепловий розрахунок Так 5 1 5-й 8 Розрахунок масо - Так 5 1 6-й вартісних показників 9 Проектні дослідження Так 10 1 6-й 10 Конструктивна розробка Немає 10 3 7-й 11 Оформлення проекту Немає 15 3 8-й 12 Захист проекту Немає 9-й При виконанні курсового проекту поєднують ручний розрахунок і роботу на ПЕОМ, що логічно пов'язані між собою і складають єдину систему. Графік роботи над курсовим проектом зазначений у табл. 1.1. Керівник веде поетапний контроль і оцінку роботи студента над проектом. 2. ЗАВДАННЯ НА ПРОЕКТУВАННЯ Асинхронні двигуни в діапазоні потужностей 0.6...100 кВт мають виконання IP23 (вентиляція радіальна без каналів) або IP44 (вентиляція зовнішнім обдувом), клас ізоляції В, F. Двигуни, що розраховуються, призначені для тривалого режиму роботи S1. Вхідні дані визначають марку сталі; систему вентиляції (виконання); тип обмотки статора, що задається коефіцієнтом (одношарова, двошарова і проста шаблонна – 1.67; одношарова триплоскінна – 1.47; одношарова ланцюгова і в розвал – 1.34; двошарова петльова чи волнова – 0.34). Задаються номінальна потужність, фазна напруга, фазний струм, число пар полюсів, частота мережі живленя, головні розміри, розміри зубцевих зон статора і ротора. Позначення розмірів пазів показані на рис. 5.3 – 5.8. 3 Приклад варіанта завдання на проектування наведений у табл. 1.2. Таблиця 1.2 Приклад варіанта завдання на проектування Найменування величини Позначення Розмірність 1. Номінальна потужність...……………….… Р кВт н 2. Номінальна фазна напруга...…….......……. U В н 3. Номінальний фазний струм...………..……. I А н 4. Частота мережі................……………….….. f Гц 1 5. Число пар полюсів…………………………. p --- 6. Висота осі обертання………………………. H мм o 7. Зовнішній діаметр статора ...…………….... D см a 8. Діаметр розточення статора...……………... D см 9. Розрахункова довжина статора…………… L см б 10. Величина скосу пазів на роторі………….. B см ck 11. Величина повітряного зазора…………..... б см 12. Число пазів статора ...……………………. Z 1 13 Форма паза статора...…………………….. Рис. 5.3¸5.6 14. Розміри h см Ш1 15. паза b см 1 16. статора b см Ш1 17. (див. ескіз паза статора) b см 2 18. h см П1 19. Число пазів ротора...……………………… Z 2 20. Форма паза ротора...……………………… Рис. 5.7, 5.8 21. Розміри b см М 22. паза h см М 23. ротора h см Ш2 24. b см 25. b см Ш2 26. (див. ескіз паза ротора) b’’ см 27. h см П2 28. Ознака типу обмотки статора...………….. tip 29. Крок обмотки в пазних розподілах ……… y1 30. Число рівнобіжних гілок..........………….. a1 31. Число ефективних провідників у пазу…… N П 32. Число елементарних провідників в n ел ефективному……......................….…………… D 33. Діаметр голого елементарного провідника Г см 34. Радіальний розмір КЗ кільця………..……. А см К 35. Товщина короткозамкненого кільця…….. В см К 36. Виконання двигуна ІР23 або ІР44 Зміст 4 3. ЗАСТОСУВАННЯ ПЕОМ ПРИ ВИКОНАННІ РОЗРАХУНКІВ Перевірочний розрахунок асинхронних електродвигунів виконується на ПЕОМ у діалоговому режимі. У процесі виконання курсового проекту на ПЕОМ студенту необхідно заповнити п'ять протоколів, що відповідають таким етапам: 1 - розрахунок магнітного кола; 2 - розрахунок параметрів; 3 - розрахунок втрат; 4 - тепловий розрахунок; 5 - розрахунок масовартісних показників. На кожнім етапі розрахунку здійснюється контроль визначеного набору параметрів, розрахованих вручну. На екран виводяться значення похибок за кожним контрольованим параметром. Етап розрахунку вважається виконанням, якщо похибка ручного і машинного розрахунків не перевищує визначеного значення. Допускається повторне введення контрольованих параметрів. Форми протоколів надані в розд. 5, підрозд. 5.5. У результаті розрахунку двигуна на ПЕОМ формується файл результатів розрахунків і графічних залежностей робочого і пускового режимів. Зміст 4. ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ РОЗДІЛІВ ПРОЕКТУ H Для машин з висотою осі обертання <132 мм приймається клас ізоляції “В”, 0 для інших двигунів – клас “F”. 4.1. Визначення додаткових розмірів АД 4.4.1. Визначення розмірів пазів статора, см b 2 h = , h = 2h (4.1) k1 2 ik., 2 h де - корпусна ізоляція по висоті паза (табл. Д3.2) ік Трапецоїдні пази статора за (рис. 5.3, 5.4 ) h = h - h - h - h (4.2) 1 п1 ш1 r1 2 Овальні паза статора за (рис. 5.5, 5.6) h = h - h - h - h - 0.1b (4.3) 1 п1 ш1 к1 2 1 4.1.2. Визначення розмірів провідників обмотки статора d Виходячи із заданого значення діаметра голого елементарного провідника ( , г см), користаючись табл. Д4.1 (дод. 4) визначити діаметр ізольованого елементарного провідника (d см) і його перетин (q , мм2). із , ел 4.1.3. Визначення розмірів пазів ротора, см ( рис. 5.7, 5.8) b b¢¢ h = h - h - h - - (4.4) 12 п2 ш2 м . 2 2 Перетин стрижня паза ротора, мм2 5 é (b + b¢¢) p ù 2 2 2 q = h × + (b + b¢¢ ) ×10 (4.5) c ê 12 ú ë 2 8 û 4.1.4. Визначення довжини осердя статора і ротора, см l = l Довжина осердя статора . 1 d H Довжину осердя ротора при < 250 мм приймають дорівнюючою розрахунковій 0 l = l = l H довжині ( ). В асинхронних машинах з > 250 мм довжину осердя 2 1 d 0 ротора приймають на 5 мм більше довжини осердя статора. 4.1.5. Визначення внутрішнього діаметра ротора, см D = k ×D (4.6) в в Таблиця 4.1 k Значення коефіцієнта в H , мм U ,B 2р k H , мм U ,B 2р k 0 н в 0 н в 50–63 < 380 2,4,6 0,19 71–250 < 380 2,4,6,8 0,23 280–355 < 660 2,4,6,8,10,12 0,22 K D 6. Вибір кількості і діаметра аксіальних каналів ка ка H У двигунах з висотою осі обертання > 180 мм у сердечнику ротора 0 N передбачають виконання одного ряду ( =1) аксіальних вентиляційних каналів для кa К поліпшення охолодження і зменшення махового моменту. При виборі кількості ( ка D ) і діаметра ( ) каналів слід керуватися даними табл. 4.2. ка Таблиця 4.2 К D До вибору значень каналів і ка ка H 2p К D H 2p К D , мм , см , мм , см 0 ка ка 0 ка ка 180 2 — — 225 2 12 1.2 4,6,8 10 1,8 4 12 2.0 6,8 12 2,5 200 2 10 1.2 250 2 12 1.5 4 10 1.6 4 10 2.5 6,8 12 2,2 6,8 10 3,0 4.2. Розрахунок магнітного кола У результаті виконання даних розрахунків визначаються магнітна індукція і напруженість на всіх ділянках магнітного кола, знаходяться коефіцієнти насичення і намагнічувальний струм. 4.2.1. Основний магнітний потік, Вб 6 k ×U е н Ф = , (4.7) 4,44 f ×w ×k 1 1 о1 Е н де k = - попередньо вибирається за рис. 4.1; е U н k = k ×k ×k - обмотувальний коефіцієнт обмотки статора . о1 р у ск Коефіцієнт Коефіцієнт Коефіцієнт скосу розподілу скорочення пазів ротора 0.5 b ск k = sin(90°× ) р k = sin(90°×b) 30° у t q sin( ) k = 1 ск p b q ск 1 × 2 t Z у у ×2р 1 Тут q = - число пазів на полюс і фазу; b= = - відносне 1 2p × m t Z 1 b t=p×D 2p укорочення кроку обмотки; - величина скосу пазів ротора, см; - ск N × Z п 1 полюсний розподіл, см; w = - число витків, послідовно з'єднаних у фазі 1 2m ×a 1 обмотки статора; m = 3 - число фаз обмотки статора. Рис. 4.1 Значення коефіцієнта k е 4.2.2. Величина індукції в повітряному зазорі, Тл Ф 4 B = ×10 , (4.8) д a ×t×l д д 2 a = = 0,637 де - коефіцієнт полюсного перекриття. д p 4.2.3. Магнітна напруга повітряного зазора, А 4 F =1,59×d×k ×B ×10 , (4.9) д д д 7 k = k ×k де - коефіцієнт повітряного зазору, що враховує вплив зубцевості д д1 д2 k k статора і ротора . д1 д2 b b ш1 ш2 k =1+ k =1+ д1 , д2 , 5d 5d t - b + t - b + 1 ш1 2 ш2 b b ш1 ш2 pD p(D - 2d) t = ; t = . 1 2 Z Z 1 2 t t Тут і – зубцеві розподіли статора і ротора, см; 1 2 k =1 Для АД із закритими пазами на роторі (рис. 5.8) . д2 4.2.4. Величина індукції в зубцях статора, Тл t 1 В = B × , (4.10) z1 д k ×b c z1ср (b + b ) z11 z12 b = де - середня ширина зубця статора, що дорівнює половині z1ср 2 b b суми найменшого і найбільшого розмірів зубців у штампі. Величини і для z11 z12 трапецоїдних пазів (рис. 5.3, 5.4) визначаються за залежностями, см p(D + 2h ) p[D + 2(h + h )] bz11 = п1 -b1, bz12 = к1 ш1 - b2. Z Z 1 1 Для овальних пазів (рис. 5.5, 5.6) [ ] p(D + 2h - b ) p D + 2(h + h ) п1 1 к1 ш1 b = - b , b = - b . z11 1 z12 2 Z Z 1 1 k - коефіцієнт заповнення пакета сталлю, що дорівнює для АД з висотою осі c H < 250 k = 0,97 H > 250 k = 0,95 обертання мм , при мм - . 0 c 0 c 4.2.5. Магніторушійна сила зубцевого шару статора, А -2 F = 2H ×h¢ ×10 (4.11) z1 z1 п1 При B £1,8 Тл величина напруженості магнітного поля ( A/ м) в зубцях z1 статора визначається (дод. 2, табл. Д2.1, Д2.2, Д2.3) залежно від марки електротехнічної сталі і величини індукції. H <160 При висоті осі обертання мм використовується електротехнічна 0 H >160 сталь 2013, а при мм – сталь 2312. 0 B >1,8 При Тл величина напруженості магнітного поля в зубцях статора z1 визначається за кривими намагнічування (дод. 2, рис. Д2.1, Д2.2) залежно від марки 8 електротехнічної сталі і коефіцієнта k , що враховує відгалуження частини п1 t 1 k = магнітного потоку в паз статора . п1 b ×k z1cp с h¢ - розрахункова висота паза статора, см. п1 Трапецоїдні пази (рис. 5.3, 5.4) Овальні пази (рис. 5.5, 5.6) h¢ = h h¢ = h - 0,1b . . п1 п1 п1 п1 1 4.2.6. Величина індукції в зубцях ротора, Тл t 2 B = ×В , (4.12) z2 д b ×k z2cp с b + b z21 z22 b = де - середня ширина зубця ротора, що дорівнює половині суми z2cp 2 найменшого і найбільшого розмірів зубців у штампі, см. b Для напівзакритого і закритого пазів ротора (рис. 5.7, 5.8) величина z21 визначається однаково. p(D - 2d- 2h + b¢¢) п2 b = - b¢¢ , z21 Z 2 b а величина по-різному: z22 p(D - 2d- b - 2h ) ш2 b = - b для напівзакритого (рис. 5.7) z22 Z 2 для закритого (рис. 5.8 ) [ ] p D - 2d- 2(h + h ) - b ш2 м b = - b , z22 Z 2 4.2.7. Магніторушійна сила зубцевого шару ротора, А -2 F = 2H ×h¢ ×10 (4.13) z2 z2 п2 ( ) H Величина напруженості магнітного поля в зубці ротора визначається z2 H аналогічно за таблицями або за кривими намагнічування з урахуванням z1 t 2 k = коефіцієнта . п2 b ×k z2cp c Для напівзакритих (рис. 5.7) і закритих (рис. 5.8) пазів ротора розрахункова висота h¢ = h -0,1b¢¢ паза ротора, см. . п2 п2 4.2.8. Магнітна індукція в спинці статора, Тл Ф 4 B = ×10 , (4.14) c 2h ×k ×l c c д 9 h де - розрахункова висота спинки статора, см c D - D a h = - h . c п1 2 4.2.9. Магніторушійна сила спинки статора, А -2 F = H ×l ×10 , (4.15) c c c l де - довжина середньої магнітної лінії спинки статора, см c p(D - h ) a c l = . c 2 p H Величина напруженості магнітного поля в спинці статора ( ) визначається за c таблицями намагнічування для спинки машин змінного струму (дод. 2, табл. Д2.4, Д2.5, Д2.6). 4.2.10. Магнітна індукція в спинці ротора, Тл Ф 4 B = ×10 , (4.16) p 2h ×k ×l p c д h де - розрахункова висота спинки ротора, см p 2 + p æ D - 2d ö 2 при 2p=2, 4 h = ç - h ÷ - D × N , p п2 ка ка 3,2× p è 2 ø 3 D - 2d - D 2 2 p в h = - h - D × N при > 4 . p п2 ка ка 2 3 При відсутності вентиляційних каналів у роторі - N = 0. Орієнтовані значення ка індукції в ділянках магнітного кола наведені в табл. 4.3. Таблиця 4.3 Значення індукції в ділянках магнітного кола Індукція В B B B B d z1 z2 c p Значення, Тл 0,6–0,9 1,4–1,9 1,4–2,0 1,2–1,4 1,2–1,4 4.2.11. Магніторушійна сила спинки ротора, А -2 F = H ×l ×10 , (4.17) p p p l де - довжина середньої магнітної лінії в спинці ротора, см p ( ) p D + h¢ в p 2p l = 2 ×h¢ 2p l = при =2 ; при > 2 . p p p 2p D - 2d - D h¢ = в - h Розрахункове значення висоти спинки . p п2 2 10