Реферат: Расчет и проектирование судового асинхронного электродвигателя

Министерство транспорта Российской Федерации

Государственная Морская Академия имени адмирала С.О. Макарова

КафедраЭДАС

Вариант № 10

Задание на курсовое проектирование по дисциплине:

“

Судовыеэлектрические машины”

Рассчитатьи спроектировать судовой асинхронный двигатель по следующим данным:

1.

Номинальнаямощность: <img src="/cache/referats/21461/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

2.

Номинальнаячастота вращения (синхронная): <img src="/cache/referats/21461/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">=1500об/мин

3.

Схемастатора: “звезда”;

4.

Номинальноенапряжение питания: <img src="/cache/referats/21461/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

5.

Исполнение:брызгозащищенная;

6.

Исполнениеротора: короткозамкнутый;

7.

Частотасети <img src="/cache/referats/21461/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028">

Выполнил: к-т гр. Э-332

Попаденко Н.С.

Проверил:

Сюбаев М.А.

Санкт-Петербург

2005

1.Электромагнитный расчет иопределение основных размеров двигателя

Определениеразмеров двигателя

При заданной номинальной мощности <img src="/cache/referats/21461/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029"><img src="/cache/referats/21461/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> <img src="/cache/referats/21461/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031"><img src="/cache/referats/21461/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1032">

Задаемся предварительными значениями КПД <img src="/cache/referats/21461/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1033"><img src="/cache/referats/21461/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1034"><img src="/cache/referats/21461/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1035">

Определяем фазный ток статора по выражению:

<img src="/cache/referats/21461/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1036"><img src="/cache/referats/21461/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1037">
<img src="/cache/referats/21461/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1038"><img src="/cache/referats/21461/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1039"><img src="/cache/referats/21461/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> — номинальная мощностьмашины, кВт.

Определяем расчетную (внутреннюю) мощность двигателя повыражению:

Зная расчетную мощность и число пар полюсов, по графику <img src="/cache/referats/21461/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> устанавливаемпредварительное значение диаметра расточки статора <img src="/cache/referats/21461/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1043">

Далее определяем окружную скорость ротора:

<img src="/cache/referats/21461/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1044"><img src="/cache/referats/21461/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1045"><img src="/cache/referats/21461/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1046"><img src="/cache/referats/21461/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1047">
В результате имеем предварительное значение <img src="/cache/referats/21461/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1048">

Расчет обмотки статора

Определяем магнитный поток машины: <img src="/cache/referats/21461/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1049"><img src="/cache/referats/21461/image047.gif" v:shapes="_x0000_i1050">

<img src="/cache/referats/21461/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> м;

<img src="/cache/referats/21461/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1054"> Вб;

Находим предварительно число последовательно соединенныхвитков фазы статора:

Задаемся числом пазов на полюс и фазу <img src="/cache/referats/21461/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1058">

Предварительное значение числа последовательно соединенныхпроводников в пазу:

Округляем до ближайшего целого четного числа <img src="/cache/referats/21461/image067.gif" v:shapes="_x0000_i1060">

Окончательное число последовательно соединенных витков фазыстатора <img src="/cache/referats/21461/image069.gif" v:shapes="_x0000_i1061">

Для полученного значения <img src="/cache/referats/21461/image071.gif" v:shapes="_x0000_i1062"> определяем значениемагнитного потока:

<img src="/cache/referats/21461/image073.gif" v:shapes="_x0000_i1063"> Вб.

Линейная нагрузка для <img src="/cache/referats/21461/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1064"><img src="/cache/referats/21461/image077.gif" v:shapes="_x0000_i1065">

Машинная постоянная Арнольда:

Для диаметра расточки статора <img src="/cache/referats/21461/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1069"> окончательно определимзначения:

Длина статора : <img src="/cache/referats/21461/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> см;

Конструктивная длина статора: <img src="/cache/referats/21461/image088.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> см;

Аксиальная длина чистой стали статора: <img src="/cache/referats/21461/image090.gif" v:shapes="_x0000_i1073"><img src="/cache/referats/21461/image092.gif" v:shapes="_x0000_i1074"><img src="/cache/referats/21461/image092.gif" v:shapes="_x0000_i1075">

Определяем внешний диаметр магнитопровода статора поформуле:

<img src="/cache/referats/21461/image094.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> см;

Найдем ближайший меньший нормализованный диаметрстатора: <img src="/cache/referats/21461/image096.gif" v:shapes="_x0000_i1077">

Установим вид паза – прямоугольный. Задаемся высотой паза <img src="/cache/referats/21461/image098.gif" v:shapes="_x0000_i1078">

Находим высоту сердечника статора:

сечение сердечника статора:

Определяем магнитную индукцию в сердечнике статора:

<img src="/cache/referats/21461/image104.gif" v:shapes="_x0000_i1081"> Соблюдено условие <img src="/cache/referats/21461/image106.gif" v:shapes="_x0000_i1082">

Выбор воздушного зазора

Для машин с мощностью <img src="/cache/referats/21461/image108.gif" v:shapes="_x0000_i1083">

Диаметр ротора:

Определяем число пазов статора:

Расчетное значение провода статорной обмотки:

Пусть <img src="/cache/referats/21461/image122.gif" v:shapes="_x0000_i1090">

<img src="/cache/referats/21461/image124.gif" v:shapes="_x0000_i1091"> — округляем доближайшего стандартного значения <img src="/cache/referats/21461/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1092">

Выбираем размеры:

высота <img src="/cache/referats/21461/image128.gif" v:shapes="_x0000_i1093"><img src="/cache/referats/21461/image130.gif" v:shapes="_x0000_i1094"> — для прямоугольноймеди;

Для проверки правильностирасчетов определим коэффициент заполнения паза:

<img src="/cache/referats/21461/image132.gif" v:shapes="_x0000_i1095"><img src="/cache/referats/21461/image134.gif" v:shapes="_x0000_i1096"> — площадь сеченияпаза,

при прямоугольном пазе <img src="/cache/referats/21461/image136.gif" v:shapes="_x0000_i1097">

В качестве обмотки статораприменим двухслойную укороченную обмотку.

Определяем элементы обмотки:

шаг секции по пазам: <img src="/cache/referats/21461/image140.gif" v:shapes="_x0000_i1099"><img src="/cache/referats/21461/image142.gif" v:shapes="_x0000_i1100">

шаг по пазам между началами фаз <img src="/cache/referats/21461/image146.gif" v:shapes="_x0000_i1103">k=0,1,2,3…

<img src="/cache/referats/21461/image148.gif" v:shapes="_x0000_i1104">k=2

полюсное деление в шагах попазам:

коэффициент распределенияобмотки:

коэффициент укорочения обмотки:

Обмоточный коэффициент:

Расчет обмоткиротора

Число пазов ротора выбираем в определенной зависимости от числа пазовстатора <img src="/cache/referats/21461/image159.gif" v:shapes="_x0000_i1110">

Определяем ток фазы ротора, т.еток стержня:

Для обмотки типа “беличья клетка”:<img src="/cache/referats/21461/image167.gif" v:shapes="_x0000_i1114">

<img src="/cache/referats/21461/image171.gif" v:shapes="_x0000_i1116"> А;

Сечение стержня ротора:

<img src="/cache/referats/21461/image173.gif" v:shapes="_x0000_i1117"> <img src="/cache/referats/21461/image175.gif" v:shapes="_x0000_i1118"> — плотность тока вмедных стержнях; <img src="/cache/referats/21461/image175.gif" v:shapes="_x0000_i1119"><img src="/cache/referats/21461/image178.gif" v:shapes="_x0000_i1120">

Ток в короткозамыкающем кольце:

Сечение короткозамыкающегокольца:

Размеры короткозамыкающегокольца:

Расчет магнитнойцепи

Зубцовый шаг на расточке статора:

Ширина зубца статора на расточке:

<img src="/cache/referats/21461/image196.gif" v:shapes="_x0000_i1129"><img src="/cache/referats/21461/image198.gif" v:shapes="_x0000_i1130"> — ширина щелипрямоугольного паза статора;

МДС зубцового слоя статора:

<img src="/cache/referats/21461/image202.gif" v:shapes="_x0000_i1132"><img src="/cache/referats/21461/image204.gif" v:shapes="_x0000_i1133"> — расчетная высотазубца в радиальном направлении;

<img src="/cache/referats/21461/image206.gif" v:shapes="_x0000_i1134"> — расчетнаянапряженность поля;

Для прямоугольных пазов принимается: <img src="/cache/referats/21461/image208.gif" v:shapes="_x0000_i1135">

Зубцовый шаг статора на 1/3 высоты:

Ширина зубца статора на 1/3 высотызубца:

Напряженность <img src="/cache/referats/21461/image210.gif" v:shapes="_x0000_i1142"> определим по кривымнамагничивания стали, зная величину индукции в этом сечении: <img src="/cache/referats/21461/image222.gif" v:shapes="_x0000_i1143">

МДС зубцового слоя статора:

МДС сердечника статора:

<img src="/cache/referats/21461/image226.gif" v:shapes="_x0000_i1145"> где <img src="/cache/referats/21461/image228.gif" v:shapes="_x0000_i1146"> — напряженностьмагнитного поля в сердечнике статора, определяемая по кривым намагничивания наоснове полученного ранее значения магнитной индукции <img src="/cache/referats/21461/image230.gif" v:shapes="_x0000_i1147"><img src="/cache/referats/21461/image232.gif" v:shapes="_x0000_i1148">

<img src="/cache/referats/21461/image234.gif" v:shapes="_x0000_i1149"> — средняя длинамагнитной цепи статора:

МДС зубцового слоя ротора:

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 находятсянапряженности магнитного поля по трем сечениям зубца: <img src="/cache/referats/21461/image266.gif" v:shapes="_x0000_i1165">

Средняя напряженность магнитного поля в зубцах ротора:

Сечение сердечника ротора:

Высота сердечника ротора:

МДС сердечника ротора:

<img src="/cache/referats/21461/image282.gif" v:shapes="_x0000_i1173"><img src="/cache/referats/21461/image284.gif" v:shapes="_x0000_i1174"> определяется по кривойнамагничивания, задавшись магнитной индукцией в сердечнике ротора: <img src="/cache/referats/21461/image286.gif" v:shapes="_x0000_i1175"> <img src="/cache/referats/21461/image288.gif" v:shapes="_x0000_i1176">

МДС воздушного зазора:

полная МДС магнитной цепи на паруполюсов:

Коэффициент насыщения двигателя:

Определениесопротивлений обмоток двигателя

Определение активныхсопротивлений

Активное сопротивление фазы статорной обмотки при 75<img src="/cache/referats/21461/image318.gif" v:shapes="_x0000_i1192">

Омическое сопротивление одной фазы при 15<img src="/cache/referats/21461/image318.gif" v:shapes="_x0000_i1196">

<img src="/cache/referats/21461/image326.gif" v:shapes="_x0000_i1197"><img src="/cache/referats/21461/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1198"> — расчетное значениепровода статорной обмотки;

<img src="/cache/referats/21461/image328.gif" v:shapes="_x0000_i1199"> <img src="/cache/referats/21461/image330.gif" v:shapes="_x0000_i1200"> — длина лобовой части,<img src="/cache/referats/21461/image332.gif" v:shapes="_x0000_i1201"> <img src="/cache/referats/21461/image334.gif" v:shapes="_x0000_i1202">

<img src="/cache/referats/21461/image338.gif" v:shapes="_x0000_i1204"> Ом;

<img src="/cache/referats/21461/image340.gif" v:shapes="_x0000_i1205"> Ом;

Активное сопротивление стержня при 75<img src="/cache/referats/21461/image318.gif" v:shapes="_x0000_i1206">

Удельное сопротивление для медных стержней <img src="/cache/referats/21461/image346.gif" v:shapes="_x0000_i1209">

Активное сопротивление двух колец, приведенное ксопротивлению стержня:

<img src="/cache/referats/21461/image350.gif" v:shapes="_x0000_i1211"><img src="/cache/referats/21461/image352.gif" v:shapes="_x0000_i1212"> — удельноесопротивление кольца; <img src="/cache/referats/21461/image354.gif" v:shapes="_x0000_i1213">

<img src="/cache/referats/21461/image358.gif" v:shapes="_x0000_i1215"> Ом;

Активное сопротивление ротора <img src="/cache/referats/21461/image360.gif" v:shapes="_x0000_i1216">

Приведенное к статору активное сопротивление обмотки ротора:

Определение индуктивных сопротивлений

Индуктивноесопротивление обмотки статора

Пазовая магнитная проводимость открытого паза:

Магнитная проводимостьдифференциального рассеяния для открытого паза:

Магнитная проводимость рассеяниялобовых частей:

Полная магнитная проводимостьрассеяния обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмоткистатора:

Индуктивное сопротивлениеобмотки типа “беличья клетка”:

Пазовая магнитная проводимость для круглого стержня:

Магнитная проводимость дифференциального рассеяния:

Магнитная проводимость рассеяния лобовых частей при кольцах, прилегающихк стали ротора:

<img src="/cache/referats/21461/image386.gif" v:shapes="_x0000_i1229"><img src="/cache/referats/21461/image388.gif" v:shapes="_x0000_i1230"><img src="/cache/referats/21461/image390.gif" v:shapes="_x0000_i1231"> — соответственнотолщина и ширина сечения короткозамыкающего кольца. <img src="/cache/referats/21461/image392.gif" v:shapes="_x0000_i1232"><img src="/cache/referats/21461/image394.gif" v:shapes="_x0000_i1233">

Полная магнитная проводимость рассеяния ротора:

Приведенное к статору индуктивное сопротивление ротора:

2. Расчет параметров и характеристик двигателя.

Ток холостогохода

Фазная индуктивная составляющая тока холостого хода:

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

Для электротехнической стали Э11 с толщиной листов 0,5 ммудельные потери <img src="/cache/referats/21461/image406.gif" v:shapes="_x0000_i1239">

Масса сердечника статора:

<img src="/cache/referats/21461/image408.gif" v:shapes="_x0000_i1240"><img src="/cache/referats/21461/image410.gif" v:shapes="_x0000_i1241"> — плотностьэлектротехнической стали.

Масса зубцов статора:

Поверхностные потери статора, Вт:<img src="/cache/referats/21461/image420.gif" v:shapes="_x0000_i1246">2:<img src="/cache/referats/21461/image422.gif" v:shapes="_x0000_i1247">

Поверхностные потери ротора, Вт:

<img src="/cache/referats/21461/image426.gif" v:shapes="_x0000_i1249">2:

Суммарные поверхностные потери:

Пульсационные потери в статоре, Вт:

Пульсационные потери в роторе:

Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубца ротора:

Масса зубцов ротора:

Суммарные пульсационные потери:

Механические потери:

Ориентировочно механические потери <img src="/cache/referats/21461/image456.gif" v:shapes="_x0000_i1264">

Электрические потери в обмотке статора при холостом ходе:

Намагничивающий ток:

Суммарные потери в асинхронном двигателе при холостом ходе:

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 <img src="/cache/referats/21461/image488.gif" v:shapes="_x0000_i1280">

Коэффициент мощности при коротком замыкании:

Кратность тока короткого замыкания должна составлять:

Кратность пускового вращающего момента:

Номинальное скольжение:

Для судовых двигателей начальный (пусковой) момент долженбыть не ниже 0,9 номинального момента: <img src="/cache/referats/21461/image502.gif" v:shapes="_x0000_i1287"><img src="/cache/referats/21461/image504.gif" v:shapes="_x0000_i1288">

3.Тепловой расчет

Удельные тепловые нагрузки в статоре:

от потерь в стали

от потерь в меди статора:

от изоляции:

<img src="/cache/referats/21461/image510.gif" v:shapes="_x0000_i1291"><img src="/cache/referats/21461/image512.gif" v:shapes="_x0000_i1292"> — периметр пазастатора.

Превышение температуры над входящим воздухом:

а) стали статора:

<img src="/cache/referats/21461/image518.gif" v:shapes="_x0000_i1295"><img src="/cache/referats/21461/image520.gif" v:shapes="_x0000_i1296"> — окружная скоростьвентилятора. <img src="/cache/referats/21461/image522.gif" v:shapes="_x0000_i1297">

б) лобовых частей обмотки:

в) в изоляции статорной обмотки:

Среднее превышение температуры статорной обмотки:

Превышение температуры обмоток асинхронных двигателейморского исполнения не должно быть более: 75 <img src="/cache/referats/21461/image534.gif" v:shapes="_x0000_i1303"> для класса изоляции В.

Расчет рабочих характеристик двигателя:

При расчете будем применять аналитический метод. Задаемся6-ю значениями скольжения Sв пределах номинального скольжения (0,2…1,3)<img src="/cache/referats/21461/image536.gif" v:shapes="_x0000_i1304">

Само номинальное скольжение:

В таблице: <img src="/cache/referats/21461/image539.gif" v:shapes="_x0000_i1306"><img src="/cache/referats/21461/image541.gif" v:shapes="_x0000_i1307"> — реактивнаясоставляющая тока статора; <img src="/cache/referats/21461/image543.gif" v:shapes="_x0000_i1308"> — электрические потерив статоре; <img src="/cache/referats/21461/image545.gif" v:shapes="_x0000_i1309"> — электрические потерив роторе; <img src="/cache/referats/21461/image547.gif" v:shapes="_x0000_i1310"> — суммарные потери встали; <img src="/cache/referats/21461/image549.gif" v:shapes="_x0000_i1311"><img src="/cache/referats/21461/image551.gif" v:shapes="_x0000_i1312"> — активная мощностьпри номинальной нагрузке; <img src="/cache/referats/21461/image553.gif" v:shapes="_x0000_i1313"> — комплексныйкоэффициент; <img src="/cache/referats/21461/image555.gif" v:shapes="_x0000_i1314"> — фазное напряжение.

№ п/п

Скольжение

0,005

0,01

0,015

0,02

0,0235

0,025

13,67

6,8897

4,6293

3,4991

2,994

2,821

0,3416

13,674

6,898

4,64189

3,51575

3,0134

2,8416

0,999

0,99879

0,99728

0,99526

0,99356

0,99275

0,02498

0,0495

0,07359

0,09716

0,11336

0,1202

16,32

32,35

48,0768

63,4766

74,0585

78,536

16,073

31,855

47,2655

62,2789

72,537

76,8598

22,732

23,9087

25,8177

28,4098

30,606

31,636

27,84

39,829

53,857

68,4527

78,7295

83,116

0,577

0,7998

0,8776

0,9098

0,92134

0,92473

10,608

21,0243

31,195

41,104

47,8744

50,7275

0,2488

0,5092

0,93108

1,054

1,98966

2,21755

0,0526

0,20689

0,45696

0,7965

1,0843

1,21939

1,337

0,0303

0,06208

0,1135

0,18339

0.24259

0,27038

1,6687

2,11517

2,83854

3,82098

4,65355

5,04432

0,8426

0,8994

0,909

0,90704

0,90279

0,90056

8,939

18,909

28,3564

37,2830

43,22

45,683

1492,5

1485

1477,5

1470

1464,75

1462,5

0,057

0,12

0,18

0,24

0,28

0,299

Максимальный момент:

Критическое скольжение, соответствующее максимальномумоменту:

Участок зависимости <img src="/cache/referats/21461/image601.gif" v:shapes="_x0000_i1337"><img src="/cache/referats/21461/image603.gif" v:shapes="_x0000_i1338"> рассчитаем по формулеКлосса:

Для построения графика зависимости <img src="/cache/referats/21461/image601.gif" v:shapes="_x0000_i1340"> расчеты удобно свестив таблицу:

M,кНм

0,057

0,12

0,18

0,24

0,28

0,299

0,45

0,39

0,33

0,29