Расчет и проектирование судового асинхронного электродвигателя
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:
Страницы: 1, 2
