124209 (Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при наличии магнитопровода с применением ЭВМ)
Описание файла
Документ из архива "Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при наличии магнитопровода с применением ЭВМ", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "промышленность, производство" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "промышленность, производство" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "124209"
Текст из документа "124209"
Белорусский Государственный Аграрный Технический
Университет
Кафедра электроснабжения сельского хозяйства
РЕФЕРАТ
“РАСЧЕТ ОБМОТКИ СТАТОРА ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО
ДВИГАТЕЛЯ ПРИ НАЛИЧИИ МАГНИТОПРОВОДА”
С применением ЭВМ
Исполнитель: Студент III курса 17эл группы
Чистяков П.В.
Руководитель: Апетёнок В.М.
Минск 2008
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Задание к курсовому проекту
2 Подготовка данных обмера магнитопровода
3 Выбор типа обмотки
4 Расчёт обмоточных данных
5 Расчёт оптимального числа витков в обмотке одной фазы
6 Расчёт числа витков в одной секции
7 Выбор изоляции паза и лобовых частей обмотки
8 Выбор марки и расчёт сечения обмоточного провода
9 Расчёт размеров секции (длины витка)
10 Расчёт массы обмотки
11 Электрическое сопротивление обмотки одной фазы постоянному току в холодном состоянии
12 Расчёт номинальных данных
13 Задание обмотчику
14 Расчёт однослойной обмотки
Вывод
Литература
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ
Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.
Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400 кВт напряжением до 1000 В – наиболее широко применяемые электрические машины. В народнохозяйственном парке электродвигателей они составляют по количеству 90%, по мощности – примерно 55%. Потребность, а, следовательно, и производство асинхронных двигателей на напряжение до 1000 В в РБ растёт из года в год.
Асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой в РБ электроэнергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, электротехнической стали и др., а затраты на обслуживание всего установленного оборудования уменьшаются. Поэтому создание серий высокоэкономичных и надёжных АД являются важнейшими задачами, а правильный выбор двигателей их эксплуатацией и высококачественный ремонт играют роль в экономии материальных и трудовых ресурсов.
Сроки жизни электрооборудования довольно длительные (до 20 лет). За этот срок в процессе эксплуатации одни из элементов электрооборудования (изоляция) стареют, другие (подшипники) изнашиваются.
Процессы старения и износа выводят электродвигатель из строя. Эти процессы зависят от многих факторов: условий и режима работы, технического обслуживания и т.д. Одна из причин выхода электрооборудования из строя – аварийные режимы: перегрузка рабочей части машины, попадание в рабочую машину посторонних предметов, неполнофазные режимы работы и т.п.
Электрооборудование, вышедшее из строя, восстанавливают. Особенность ремонта в том, что до ремонта двигатель рассчитывают. Это необходимо для проверки соответствия имеющихся обмоточных данных электродвигателя каталожными.
Полученные данные сравниваются с каталожными. Только в случае полного совпадения всех необходимых величин или при малых расхождениях между ними можно приступать к ремонту электродвигателя.
1 Задание к курсовому проекту
Таблица 1. Исходные данные к проекту.
D | Da | l | z | Толщина листа стали | Изоляция листа стали | b | b' | bш | h | e | Технические условия заказчика | ||||||||||||||
U | n | f | Схема соединения | ||||||||||||||||||||||
мм | мм | мм | шт | мм | мм | мм | мм | мм | мм | В | мин-1 | Гц | |||||||||||||
171 | 313 | 170 | 36 | 0,5 | оксид плёнк | 12,9 | 9,2 | 4 | 24,7 | 1 | 220 | 1500 | 50 | /Δ |
Размеры магнитопровода и его паза:
D – Внутренний диаметр сердечника статора, мм.
Da – Внешний диаметр сердечника статора, мм.
l – полная длина сердечника статора, мм.
Z– число пазов, шт.
b – большой размер ширины паза, мм.
b' – меньший размер ширины паза, мм.
bш – ширина шлица паза, мм.
h – полная высота паза, мм.
e – высота усика паза, мм.
δ – толщина листов стали, мм, и род изоляции даны цифрами.
Технические условия заказчика:
n – частота вращения магнитного поля статора, мин-1.
Uф – фазное напряжение обмотки статора, В.
/Δ – схема соединения обмоток фаз, звезда/треугольник.
f – частота тока, Гц.
2 Подготовка данных обмера магнитопровода
Подготовка данных обмера магнитопровода проводится для удобства выполнения последующих расчётов и включает в себя расчёт:
а) площади полюса в воздушном зазоре (Q),
б) площади полюса в зубцовой зоне статора (Qz),
в) площади поперечного сечения спинки статора (Qc),
г) площади паза в свету (Qп), мм2.
Первые три площади необходимы для расчёта магнитных нагрузок, последняя для расчёта сечения обмоточного провода.
1. Площадь полюса в воздушном зазоре.
В воздушном зазоре сопротивление магнитному потоку по всей площади равномерное:
(м2)
где lp – расчётная длина магнитопровода, м
- полюсное деление
(м)
(м)
где nк – число каналов охлаждения
lк – длина канала охлаждения
р – количество пар полюсов
(шт)
;
;
м2
2. Площадь полюса в зубцовой зоне.
В зубцовой зоне статора магнитный поток протекает по листам электротехнической стали, следовательно, площадь полюса будет равна произведению активной площади зубца на их количество в полюсе:
(м2)
где Nz – количество зубцов на один полюс, шт
Q1z – площадь одного зуба, м2
(шт)
(м2)
где la – активная длина зуба
bz – средняя ширина зуба
м
(м)
где Кз – коэффициент заполнения стали, зависит от толщины листа электротехнической стали и рода изоляции
b’z – меньший размер зуба
b’’z – больший размер зуба
ширина зуба в узком месте
(м)
(м)
м
м
; м2; м2
3. Площадь магнитопровода в спинке статора.
Площадь спинки статора, перпендикулярная магнитному потоку, равна произведению её высоты на активную длину магнитопровода:
(м2)
где hс – высота спинки статора
(м2)
м; м2
4. Площадь паза в свету.
Площадь паза в свету требуется для расчёта сечения обмоточного провода. Для определения площади паза его сечение разбивается осевыми линиями на простые фигуры:
(мм2)
где Qb, Qb’ – площади полуокружностей с диаметрами, соответственно b и b’
QТ – где основания b и b’, а высота:
(мм)
(мм2); (мм2); (мм2)
мм2; мм2; мм2
мм2
3 Выбор типа обмотки
Выбор делается исходя из:
-
технические возможности выполнения обмотки в данных условиях;
-
минимального расхода обмоточного провода;
-
номинальных мощности и напряжения;
-
типа паза;
-
достоинств и недостатков обмоток;
-
экономической целесообразности.
Схема статорных обмоток трёхфазных электрических машин разделяют:
-
по числу активных сторон секций в пазу на однослойные (у которых активная сторона одной катушки занимает весь паз) и двухслойные (активная сторона занимает половину паза),
-
по размеру шага на обмотки с полным шагом (при y=y’) и с укороченным шагом (при y
по частоте вращения магнитного поля статора на односкоростные и многоскоростные,
по числу секций в катушечных группах (фазных катушек) на обмотки с одинаковым числом секций в группе (q равно целому числу) и равным (q равно дробному числу).
По способу выполнения обмоток их ещё разделяют на:
-
шаблонно рассыпные (или всыпные), они же называются обмотками с мягкими секциями. У таких обмоток секции укладываются по одному проводнику через прорезь (шлиц) полузакрытого паза. Применяется для машин малой мощности, напряжением до 500 В;
-
протяжные, выполняются протяжкой провода через пазы, используются для машин напряжением до 10000 В при закрытых или полузакрытых пазах. Способ укладки обмоток трудоёмок. В настоящее время используются в основном при частичном ремонте обмоток.
-
обмотки с жёсткими секциями, готовые, изолированные секции, несущие на активных частях пазовую изоляцию, укладываются в открытые пазы. Используются для машин средней и большой мощности с напряжением до 5000 – 10000 В и более.
По способу размещения секций катушечных групп в расточке статора, а так же размещения лобовых частей подразделяются на:
концентрические, с размещением катушек (секций) одна внутри другой и расположением лобовых частей в двух или трёх плоскостях, такие обмотки выполняются вразвалку;
шаблонные, с одинаковыми секциями катушечных групп. Они могут выполняться и простыми и вразвалку. Если в шаблонной однослойной обмотке развалку выполнить не по полугруппам, а по отдельным катушкам получим схему цепной обмотки.
Однослойные обмотки главным образом выполняются простыми шаблонами, шаблонными в «развалку», цепными, концентрическими.
Основные достоинства однослойной обмотки:
-
Отсутствие межслоевой изоляции, что повышает коэффициент заполнения паза, а следовательно, ток и мощность двигателя.
-
Простота изготовления.
-
Большая возможность применения автоматизации при укладке обмоток.
Недостатки:
-
Повышенный расход проводникового материала.
-
Сложность укорочения шага, а следовательно, компенсации высших гармоник магнитного потока.
-
Ограничение возможности построения обмоток дробным числом пазов на полюс и фазу.
-
Более трудоёмкое изготовление и монтаж катушек для крупных электродвигателей высокого напряжения.
Двухслойные обмотки в основном выполняются с одинаковыми секциями: петлевые и цепные, реже принимают концентрические.
Основные достоинства двухслойной обмотки по сравнению с однослойной:
-
Возможность любого укорочения шага, что позволяет:
а) снизить расход обмоточного провода за счет уменьшения длины лобовой части секции;
б) уменьшить высшие гармонические составляющие магнитного потока, то есть снизить потери в магнитопроводе двигателя.
-
Простота технологического процесса изготовления катушек (многие операции можно механизировать).
-
Возможность выполнения обмотки почти с любой дробностью q, что обеспечивает изготовление обмотки при ремонте асинхронных двигателей с изменением частоты вращения ротора. Кроме того, это является одним из способов приближения формы поля к синусоиде.
-
Возможность образования большего числа параллельных ветвей.
К недостаткам двухслойных обмоток следует отнести:
-
Меньший коэффициент заполнения паза (вследствие наличия межслоевой изоляции).
-
Некоторая сложность при укладке последних секций обмотки.
-
необходимость поднимать целый шаг обмотки при повреждении нижней стороны секции.
По приведенным соображениям, в настоящее время, в ремонтной практике машин переменного тока двухслойные обмотки получили наибольшее применение. Следовательно выбираем двухслойную петлевую обмотку.
4 Расчёт обмоточных данных
Обмотка асинхронного двигателя, размещённая в магнитопроводе его статора состоит из трёх самостоятельных фазных обмоток (А, В, С). Обмотка трёхфазной машины переменного тока характеризуется следующими обмоточными данными:
у – шаг обмотки;
q – число пазов на полюс и фазу (равно числу секций в катушечной группе);
N – число катушечных групп;
- число электрических градусов, приходящихся на один паз;
а – число параллельных ветвей.
1. Шаг обмотки
Шаг обмотки (у) – это расстояние выраженное в зубцах (или пазах), между активными сторонами одной и той же секции:
где y’ - расчётный шаг (равен полюсному делению, выраженному в зубцах);
- произвольное число меньше единицы, доводящая расчётный шаг (y’) до целого числа.
На практике принято шаг определять в пазах, поэтому при раскладке вторая сторона секции ложится в паз у+1.
Двухслойные обмотки выполняют с укорочением шага.
у=у’Ку
где Ку – коэффициент укорочения шага обмотки
На практике и расчётами установлено, что наиболее благоприятная кривая изменения магнитного потока получается при укорочении диаметрального (расчётного) шага на Ку=0,8:
у=0,89=7,2 принимаем у=7
2. Число пазов на полюс и фазу.
Число пазов на полюс и фазу (q) определяет число секций в катушечной группе:
где m - число фаз
Каждая катушка обмотки участвует в создании двух полюсов, так как активные проводники одной её стороны имеют одно направление тока, а другие - противоположные.
При q>1, обмотка называется рассредоточенной, при этом фазные катушки должны быть разделены на секции, число которых равно q.
3. Число катушечных групп
В двухслойных обмотках число катушечных групп механически увеличивается в два раза, однако по сравнению с однослойной обмоткой с числом витков в каждой секции меньшим в два раза, тогда:
22=4
где N1ф(2) - число катушечных групп в одной фазе двухслойной обмотке. Так как каждую пару полюсов создают все три фазы переменного тока, следовательно:
4. Число электрических градусов на один паз
В расточке статора асинхронного двигателя одна пара полюсов составляет 3600эл. Это наглядно видно на рисунке 1.