Расчет и проектирование судового асинхронного электродвигателя

Тип:
Добавлен:

Министерство транспорта Российской Федерации

Государственная Морская Академия имени адмирала С.О. Макарова

Кафедра ЭДАС

Вариант № 10

Задание на курсовое проектирование по дисциплине:

“Судовые электрические машины”

Рассчитать и спроектировать судовой асинхронный двигатель по следующим данным:

1. Номинальная мощность: =40 кВт;

2. Номинальная частота вращения (синхронная): =1500 об/мин

3. Схема статора: “звезда”;

4. Номинальное напряжение питания: =380 В;

5. Исполнение: брызгозащищенная;

6. Исполнение ротора: короткозамкнутый;

7. Частота сети

Выполнил: к-т гр. Э-332

Попаденко Н.С.

Проверил:

Сюбаев М.А.

Санкт-Петербург

2005

1.Электромагнитный расчет и определение основных размеров двигателя

Определение размеров двигателя

При заданной номинальной мощности = 40 кВт, частоте сети =50 Гц, синхронной частоте вращения = 1500 об/мин определяем число пар полюсов двигателя ;

Задаемся предварительными значениями КПД , коэффициента мощности , индукции в воздушном зазоре =0,74 Тл, используя кривые графиков (мет.указ. рис.1-3).

Определяем фазный ток статора по выражению:

А; гдеВ; - число фаз статора; - номинальное фазное напряжение обмотки статора, В; - номинальная мощность машины, кВт.

Определяем расчетную (внутреннюю) мощность двигателя по выражению:

кВА;

Зная расчетную мощность и число пар полюсов, по графику устанавливаем предварительное значение диаметра расточки статора = 26,67 см = 0,2667 м.

Далее определяем окружную скорость ротора:

; Выполнено условие ≤40; В результате имеем предварительное значение = 0,2667 м, полученное с учетом параметров построенных машин и допустимой окружной скорости ротора.

Расчет обмотки статора

Определяем магнитный поток машины: , задаемся величинами: ;

;

;

м;

Вб;

Находим предварительно число последовательно соединенных витков фазы статора:

; где - обмоточный коэффициент, .

Задаемся числом пазов на полюс и фазу .

Предварительное значение числа последовательно соединенных проводников в пазу:

.

Округляем до ближайшего целого четного числа ;

Окончательное число последовательно соединенных витков фазы статора ;

Для полученного значения определяем значение магнитного потока:

Вб.

Линейная нагрузка для ,:

;

Машинная постоянная Арнольда:

Для диаметра расточки статора окончательно определим значения:

;

Длина статора : см;

Конструктивная длина статора: см;

Аксиальная длина чистой стали статора: см, где - коэффициент заполнения листовой стали толщиной 0,5 мм, =0,9…0,93.

Определяем внешний диаметр магнитопровода статора по формуле:

см;

Найдем ближайший меньший нормализованный диаметр статора: ;

Установим вид паза – прямоугольный. Задаемся высотой паза ;

Находим высоту сердечника статора:

;

сечение сердечника статора:

;

Определяем магнитную индукцию в сердечнике статора:

; Соблюдено условие ;

Выбор воздушного зазора

Для машин с мощностью :

;

Диаметр ротора:

;

Определяем число пазов статора:

Расчетное значение провода статорной обмотки:

, где - принятая плотность тока, при

Пусть ;

- округляем до ближайшего стандартного значения

Выбираем размеры:

высота , ширина - для прямоугольной меди;

Для проверки правильности расчетов определим коэффициент заполнения паза:

, где - площадь сечения паза,

при прямоугольном пазе

В качестве обмотки статора применим двухслойную укороченную обмотку.

Определяем элементы обмотки:

шаг секции по пазам: , где =0,1,2,3…

, =2 (укороченная обмотка);

шаг по пазам между началами фаз , где k=0,1,2,3…

, k=2

полюсное деление в шагах по пазам:

;

коэффициент распределения обмотки:

коэффициент укорочения обмотки:

Обмоточный коэффициент:

Расчет обмотки ротора

Число пазов ротора выбираем в определенной зависимости от числа пазов статора , с целью уменьшения паразитных моментов, шума, вибрации, двигателя:

;

Определяем ток фазы ротора, т.е ток стержня:

, где коэффициент трансформации тока

Для обмотки типа “беличья клетка”:

;

А;

Сечение стержня ротора:

, где - плотность тока в медных стержнях; =5,5…8

; отсюда диаметр паза ротора ;

Ток в короткозамыкающем кольце:

;

Сечение короткозамыкающего кольца:

, где плотность тока

;

Размеры короткозамыкающего кольца:

;

Расчет магнитной цепи

Зубцовый шаг на расточке статора:

;

Ширина зубца статора на расточке:

, где - ширина щели прямоугольного паза статора;

;

МДС зубцового слоя статора:

, где - расчетная высота зубца в радиальном направлении;

- расчетная напряженность поля;

Для прямоугольных пазов принимается: ;

;

, где - ширина зубца статора на 1/3 высоты зубца;

Зубцовый шаг статора на 1/3 высоты:

;

Ширина зубца статора на 1/3 высоты зубца:

;

;

Напряженность определим по кривым намагничивания стали, зная величину индукции в этом сечении: ;

МДС зубцового слоя статора:

;

МДС сердечника статора:

, где - напряженность магнитного поля в сердечнике статора, определяемая по кривым намагничивания на основе полученного ранее значения магнитной индукции ; ;

- средняя длина магнитной цепи статора:

;

;

МДС зубцового слоя ротора:

, где для круглых пазов ротора принимается равной диаметру паза ;

Зубцовые шаги ротора по трем сечениям:

;

;

;

Ширина зубца ротора по трем сечениям:

;

;

;

Ширина зубца ротора на расточке:

;

Магнитная индукция в зубцах ротора по трем сечениям:

;

;

;

Магнитная индукция в зубцах не должна превышать 1,9 Тл.

По кривым намагничивания на основании рассчитанных индукций находятся напряженности магнитного поля по трем сечениям зубца: :

Средняя напряженность магнитного поля в зубцах ротора:

;

;

Сечение сердечника ротора:

;

Высота сердечника ротора:

;

МДС сердечника ротора:

, где напряженность магнитного поля сердечника ротора определяется по кривой намагничивания, задавшись магнитной индукцией в сердечнике ротора: ; ;

;

;

МДС воздушного зазора:

, где - выбор воздушного зазора, мм; - коэффициент воздушного зазора; , где - коэффициент воздушного зазора статора, - коэффициент воздушного зазора ротора;

;

= 1,52;

;

полная МДС магнитной цепи на пару полюсов:

;

Коэффициент насыщения двигателя:

;

Определение сопротивлений обмоток двигателя

Определение активных сопротивлений

Активное сопротивление фазы статорной обмотки при 75:

, где - коэффициент увеличения сопротивления при переменном токе:

Омическое сопротивление одной фазы при 15:

, где - расчетное значение провода статорной обмотки;

; - длина лобовой части, ; ;

;

Ом;

Ом;

Активное сопротивление стержня при 75:

, где - расчетная длина стержня ротора, м;

Удельное сопротивление для медных стержней .

;

Активное сопротивление двух колец, приведенное к сопротивлению стержня:

, где - удельное сопротивление кольца; - длина короткозамыкающего кольца между центрами соседних пазов.

;

Ом;

Активное сопротивление ротора ;

Приведенное к статору активное сопротивление обмотки ротора:

;

Определение индуктивных сопротивлений

Индуктивное сопротивление обмотки статора

Пазовая магнитная проводимость открытого паза:

, где ; =10, =4;

;

Магнитная проводимость дифференциального рассеяния для открытого паза:

;

Магнитная проводимость рассеяния лобовых частей:

;

Полная магнитная проводимость рассеяния обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки типа “беличья клетка”:

Пазовая магнитная проводимость для круглого стержня:

;

Магнитная проводимость дифференциального рассеяния:

;

Магнитная проводимость рассеяния лобовых частей при кольцах, прилегающих к стали ротора:

, где , - соответственно толщина и ширина сечения короткозамыкающего кольца. - диаметр оси короткозамыкающего кольца. ;

Полная магнитная проводимость рассеяния ротора:

Приведенное к статору индуктивное сопротивление ротора:

;

2. Расчет параметров и характеристик двигателя.

Ток холостого хода

Фазная индуктивная составляющая тока холостого хода:

;

Потери в стали статора состоят из потерь в сердечнике статора и зубцах:

;

Для электротехнической стали Э11 с толщиной листов 0,5 мм удельные потери ;

Масса сердечника статора:

, где - плотность электротехнической стали.

;

Масса зубцов статора:

;

;

=0,537 кВт;

Поверхностные потери статора, Вт:; где удельные поверхностные потери статора, Вт/м2: ;

;

Поверхностные потери ротора, Вт:

; где удельные поверхностные потери ротора, Вт/м2:

;

Суммарные поверхностные потери:

;

Пульсационные потери в статоре, Вт:

, где амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубца статора: , где ; ;

;

Пульсационные потери в роторе:

, где

Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубца ротора:

Тл, где ;

Масса зубцов ротора:

;

;

Суммарные пульсационные потери:

;

Механические потери:

Ориентировочно механические потери ;

Электрические потери в обмотке статора при холостом ходе:

, где

Намагничивающий ток:

;

Суммарные потери в асинхронном двигателе при холостом ходе:

2279 Вт.

Активная составляющая тока холостого хода:

;

Ток холостого хода (фазный):

;

Кратность тока холостого хода:

;

Коэффициент мощности при холостом ходе:

.

Пусковые характеристики:

Индуктивное сопротивление холостого хода:

;

Комплексный коэффициент:

;

Параметры короткого замыкания:

активное сопротивление:

;

индуктивное сопротивление:

;

полное сопротивление:

;

Приведенный ток короткого замыкания ротора:

;

Ток короткого замыкания статора ;

Коэффициент мощности при коротком замыкании:

;

Кратность тока короткого замыкания должна составлять:

;

Кратность пускового вращающего момента:

;

Номинальное скольжение:

, где ,

;

Для судовых двигателей начальный (пусковой) момент должен быть не ниже 0,9 номинального момента: . В нашем случае: .

3.Тепловой расчет

Удельные тепловые нагрузки в статоре:

от потерь в стали

;

от потерь в меди статора:

;

от изоляции:

; где - периметр паза статора.

Превышение температуры над входящим воздухом:

а) стали статора:

, где - коэффициент теплорассеяния статора при аксиальной вентиляции:

; - окружная скорость вентилятора.

б) лобовых частей обмотки:

, коэффициент теплорассеяния лобовых частей при аксиальной вентиляции:

;

в) в изоляции статорной обмотки:

, где коэффициент теплопроводности изоляции класса В - ;

Среднее превышение температуры статорной обмотки:

Превышение температуры обмоток асинхронных двигателей морского исполнения не должно быть более: 75 для класса изоляции В.

Расчет рабочих характеристик двигателя:

При расчете будем применять аналитический метод. Задаемся 6-ю значениями скольжения S в пределах номинального скольжения (0,2…1,3). Расчет удобно выполнить в табличной форме:

Само номинальное скольжение:

.

В таблице: - активная составляющая тока статора; - реактивная составляющая тока статора; - электрические потери в статоре; - электрические потери в роторе; - суммарные потери в стали; - добавочные потери; - активная мощность при номинальной нагрузке; - комплексный коэффициент; - фазное напряжение.

№ п/п

Скольжение

0,005

0,01

0,015

0,02

0,0235

0,025

1

13,67

6,8897

3,4991

2,994

2,821

2

0,3416

0,3416

0,3416

0,3416

0,3416

0,3416

3

13,674

6,898

4,64189

3,51575

3,0134

2,8416

4

0,999

0,99879

0,99728

0,99526

0,99356

0,99275

5

0,02498

0,0495

0,07359

0,09716

0,11336

0,1202

6

16,32

32,35

48,0768

63,4766

74,0585

78,536

7

16,073

31,855

47,2655

62,2789

72,537

76,8598

8

22,732

23,9087

25,8177

28,4098

30,606

31,636

9

27,84

39,829

53,857

68,4527

78,7295

83,116

10

0,577

0,7998

0,8776

0,9098

0,92134

0,92473

11

10,608

21,0243

31,195

41,104

47,8744

50,7275

12

0,2488

0,5092

0,93108

1,054

1,98966

2,21755

13

0,0526

0,20689

0,45696

0,7965

1,0843

1,21939

14

(кВт)

1,337

1,337

1,337

1,337

1,337

1,337

15

0,0303

0,06208

0,1135

0,18339

0.24259

0,27038

16

1,6687

2,11517

2,83854

3,82098

4,65355

5,04432

17

0,8426

0,8994

0,909

0,90704

0,90279

0,90056

18

8,939

18,909

28,3564

37,2830

43,22

45,683

19

1492,5

1485

1477,5

1470

1464,75

1462,5

20

0,057

0,12

0,18

0,24

0,28

0,299

Максимальный момент:

;

Критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту:

;

Участок зависимости в диапазоне рассчитаем по формуле Клосса:

;

Для построения графика зависимости расчеты удобно свести в таблицу:

M, кНм

0,057

0,12

0,18

0,24

0,28

0,299

0,45

0,39

0,33

0,29

0,23

0,188

S

0,005

0,01

0,015

0,02

0,0235

0,025

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

1

n

1492

1485

1477

1470

1464

1462

1050

900

750

600

300

0

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.