Введение

Содержание

Ведомость комплекта проектной документации 2

Задание на курсовой проект 3

Эскиз магнитопровода асинхронного двигателя, его паз и зуб 4

Аннотация 6

Ведение 7

1. Подготовка данных обмера магнитопровода 9

2. Выбор типа обмотки 12

3. Расчет обмоточных данных 15

4. Построение двухслойной обмотки трехфазного асинхронного двигателя 17

5. Расчет оптимального числа витков 18

6. Расчет числа витков одной секции 20

7. Выбор изоляции паза и лобовых частей обмотки 21

8. Выбор марки и расчет сечения обмоточного провода 25

9. Расчет размеров секции 26

10. Расчет массы обмотки 26

11. Электрическое сопротивление обмотки одной фазы постоянному току в холодном состоянии 26

12. Расчет номинальных данных 27

13. Задание обмотчику 29

14. Пересчет обмотки на другое напряжение и частоту вращения 29

15. Расчет однослойной обмотки трехфазного асинхронного двигателя 32

Вывод 34

Литература 35

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. Подготовка данных обмера магнитопровода

Подготовка данных обмера магнитопровола включает в себя определение следующих показателей:

1. площади полюса в воздушном зазоре (Qδ), ;

2. площади полюса в зубцовой зоне статора(Qz), ;

3. площади поперечного сечения спинки статора(Qc), ;

4. площади паза в свету(Qп), ;

Первый три площади необходимы для расчета магнитных нагрузок в магнитной цепи асинхронного двигателя, последняя - для расчета сечения обмоточного провода.

В воздушном зазоре сопротивление магнитному потоку Ф по все площади полюса Q равномерное, , поэтому:

, (1)

где - полюсное деление (ширина полюса в воздушном зазоре), м;

- расчетная длина статора, без учета каналов охлаждения, м.

Если каналов нет то = l, где l - полная длинна сердечника статора, мм.

, (2)

где Р – количество пар полюсов, шт.; D - внутренний диаметр сердечника статора, мм.

, (3)

где f- частота питающей сети, Гц; n- частота вращения магнитного поля статора, .

Рассчитаем количество пар полюсов:

Зная количество пар полюсов рассчитаем ширину полюсного деления в воздушном зазоре:

.

Определяем площадь полюса в воздушном зазоре:

.

В зубцовой зоне статора магнитный поток протекает только по листам электротехнической стали, так как ее магнитная проницаемость много больше, чем изоляция листов. Следовательно длина магнитопровода l, а значит и площадь полюса сократятся на площадь занимаемую изоляцией.

Отсюда будет равна произведению активной площади зубца на их количество в полюсе,

, (4)

где - площадь одного зубца, ;

- количество зубцов под полюсом, шт.

, (5)

где - активная длина магнитопровода (без изоляции листов), м.

- расчетная средняя ширина зубца, м.

, (6)

где - коэффициент, учитывающий заполнения пакета магнитопровода сталью, зависящий от рода изоляции и толщины листов стали. Из таблицы 2 [1] выбираем =0,95. Тогда активная длина магнитопровода будет равна:

Средняя ширина зуба определяется из выражения, м

, (7)

где и - ширина зуба, соответственно, в узком и широком местах, м.

Где находится узкое и широкое место у зуба зависит от размеров магнитопровода и формы паза, поэтому вначале находятся размеры зуба у расточки статора , а затем у его основания .

Ширина зуба у расточки, м

, (8)

где е- высота усика паза, мм;

- меньший размер ширины паза, мм;

Z- число пазов, шт.

Рассчитаем ширину зуба у расточки:

Ширина зуба у основания, м

(9)

где h - полная высота паза, мм;

b- больший размер ширины паза, мм.

Рассчитаем ширину зуба у основания:

Из выполненных расчетов следует, что узкое место зуба будет у его основания, а широкое у магнитопровода асинхронного двигателя (АД).Тогда:

Количество зубцов под полюсом определяется из выражения, шт:

, (10)

Определяем площадь одного зуба:

.

Зная площадь одного зуба и количество зубцов под полюсом определим площадь полюса в зубцовой зоне статора:

.

Площадь магнитопровода в спинке статора, перпендикулярная магнитному потоку Ф, равна произведению ее высоты на активную длину магнитопровода ,

, (11)

, (12)

Площадь паза в свету требуется при расчете сечения обмоточного провода. Для ее определения площадь заданной формы паза разбивается осевыми линиями на простые фигуры: полуокружность с диаметром b^’, трапецию и еще одну полуокружность с диаметром b.

Тогда, площадь паза Q_п равна, мм²:

, (13)

где Q _т - площадь трапеции с основаниями b^’ и b и высотой h _т, мм;

Q_b’,Q_b – площади полуокружностей с диаметрами, соответственно b’ и b, мм².

Высота трапеции определяется по формуле:

(14)

мм.

Тогда, , мм²

, (15)

мм².

Найдем площади полуокружностей b’ и b соответственно, мм²

, (16)

мм².

, (17)

мм².

Зная площади трапеции и полуокружностей, определяем площадь паза в свету

мм².

1. Выбор типа обмотки

Выбор делается исходя из:

¾ технические возможности выполнения обмотки в данных условиях;

¾ минимального расхода обмоточного провода;

¾ номинальных мощности и напряжения;

¾ типа паза;

¾ достоинств и недостатков обмоток;

¾ экономической целесообразности.

Схема статорных обмоток трёхфазных электрических машин разделяют:

¾ 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),

¾ по размеру шага на обмотки с полным шагом (при y=y’) и с укороченным шагом (при y<y’),

¾ по частоте вращения магнитного поля статора на односкоростные и многоскоростные,

¾ 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:

¾ 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;

¾ 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.

¾ 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:

¾ концентрические, с размещением катушек (секций) одна внутри другой и расположением лобовых частей в двух или трёх плоскостях, такие обмотки выполняются вразвалку;

¾ 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:

¾ Отсутствие межслоевой изоляции, что повышает коэффициент заполнения паза, а следовательно, ток и мощность двигателя.

¾ Простота изготовления.

¾ Большая возможность применения автоматизации при укладке обмоток.

Недостатки:

¾ Повышенный расход проводникового материала.

¾ Сложность укорочения шага, а следовательно, компенсации высших гармоник магнитного потока.

¾ Ограничение возможности построения обмоток дробным числом пазов на полюс и фазу.

¾ Более трудоёмкое изготовление и монтаж катушек для крупных электродвигателей высокого напряжения.

¾ 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.

1. Расчет обмоточных данных

Полная обмотка АД, размещенная в магнитопроводе его статора, состоит из трех самостоятельных фазных обмоток, каждая из которых имеет свои выводы.

Каждая фазная обмотка состоит из фазных катушек, или катушечных групп, соединенных соответствующим образом.

Под катушечной группой понимается ряд последовательно соединенных между собой секций, принадлежащих одной фазе в одной паре полюсов.

Секция является частью катушечной группы и представляет собой катушку из обмоточного провода, число витков которой определяется специальным расчетом, минимальное число равно одному витку. Каждый виток состоит из двух активных проводников, уложенных в пазы магнитопровода статора двигателя, и двух лобовых частей, соединяющих эти активные проводники. Активными они являются потому что именно в них магнитный поток машины A индуктирует ЭДС.

Полюсом в расточке статора АД принято называть часть магнитопровода, охватывающего рядом расположенные пазы, в которых активные проводники обмотки имеют одно и тоже направление тока.

Любой тип обмотки трехфазной машины переменного тока характеризуется следующими обмоточными данными: N - число катушечных групп; y - шаг обмотки; q - число пазов на полюс и фазу; α - число электрических градусов, приходящихся на один паз; а - число параллельных ветвей.

Так как в витке ток в одной стороне направлен в одну сторону, а в другой в противоположную, каждая фазная катушка обмотки участвует в создании пары полюсов.

В двухслойной обмотке число катушечных групп в одной фазе равно:

(18)

шт.

На три фазы:

(19)

где m- количество фаз.

шт.

Шаг обмотки - это расстояние, выраженное в зубцах, между активными сторонами одной и той же секции

, (20)

где - расчетный шаг; - произвольное число меньше 1, доводящее расчетный шаг до целого значения.

.

Определим укороченный шаг обмотки

, (21)

Число пазов на полюс и фазу определяет число секций в катушечной группе и находится по формуле

, (22)

.

Число электрических градусов, приходящихся на один паз, равно:

, (23)

.

Параллельные ветви в обмотке АД делаются для сокращения сечения обмоточного повода, кроме того это дает возможность лучше загрузить магнитную систему машины. Для данного двигателя примем число параллельных ветвей а= 1. В этом случае все катушечные группы одной фазы будут соединены последовательно.

1. Построение двухслойной обмотки трехфазного АД

Построение двухслойной обмотки принципиально не отличается от построения однослойной обмотки и выполняется по следующим этапам:

1. укладываются секции катушечных групп всех трех фаз;

2. проводится соединение этих групп в обмотки с требуемым числом параллельных ветвей;

3. для принятого момента времени производится векторная диаграмма токов и на развернутой схеме обмоток показываются их направление в расточке статора, находится положение полюсов.

Для получения вращающегося магнитного поля трёхфазного асинхронного двигателя, при любой схеме обмотки, требуется:

1. Смещение в пространстве расточки статора асинхронного двигателя фазных обмоток, одна относительно другой на 120эл.

2. Смещение во времени токов, протекающих по этим обмоткам, на 1/3 периода.

Первое условие выполняется соответствующей укладкой катушечных групп трёхфазной обмотки, второе – подключением асинхронного двигателя к сети трёхфазного тока.

При построении схемы, обмотка первой фазы может в общем начинаться с любого паза. Поэтому первую активную сторону секции помещаем в первый паз. Вторую активную сторону секции помещаем через 12 зубцов в 13 паз.

Число катушечных групп одной фазы будет четыре (просчитано выше)

В однослойной обмотке первая катушечная группа участвует в создании первой пары полюсов, вторая – должна создавать вторую пару полюсов, следовательно, расстояние между ними должно быть равно одной паре полюсов, т. е. 360 электрических градусов.

В отличие от однослойных в двухслойных обмотках катушечные группы одной и той же фазы сдвигаются не на 360 электрических градусов, а на 180.

Поэтому:

.

Следовательно, вторая катушка фазы «А» начинается с 13-го паза.

Обмотка фаз «В» и «С» выполняется аналогично, но они сдвинуты, соответственно, на 120 и 240 электрических градусов относительно обмотки фазы «А», т. е. В пазах это будет:

;

1. Расчет оптимального числа витков в обмотке одной фазы

Цель расчета - определение рационального числа витков в равносекционной обмотке одной фазы асинхронного двигателя, при которых величины магнитных нагрузок будут оптимальны на всех участках магнитной цепи рассчитываемой машины. Такой расчет выполняется методом подбора. Все данные расчета заносим в таблицу 1 и определяем оптимальный вариант расчета числа витков в обмотке одной фазы.

Таблица 1. Нагрузка магнитной цепи при числе витков

Наименование величин	Расчетная формула	Вариант расчета	Допустимые пределы
Число проводников в пазу, , шт.
Число витков в обмотке одной фазы, , шт.
Величина магнитного потока при , Вб.		0,0017	0,002	0,0022
Индукция в воздушном зазоре, , Тл.		0,4044	0,4758	0,523	0,3-0,6
Индукция в зубцовой зоне, , Тл.		1,11	1,308	1,439	1,3-1,5
Индукция в спинке статора, , Тл.		0,85		1,1	1,1-1,5

Найдем приблизительную полную мощность двигателя [1] по зависимости от внутреннего диаметра магнитопровода и числе пар полюсов. Из графика видно, что при D= 65мм и Р= 1, полная мощность двигателя получается меньше 1кВА. Номинальная мощность трехфазного АД () полной на величины и КПД (η). Учитывая это, рекомендованную магнитную индукцию в воздушном зазоре (табл.2 [1]) берем в интервале мощностей до 1кВт ( =0,3-0,6 Тл).

Зададимся величиной магнитного потока в воздушном зазоре Тл.

Определим величину магнитного потока

, (24)

Вб.

Определяем предварительное число витков в обмотке одной фазы

, (25)

где - обмоточный коэффициент, находим:

- по коэффициенту распределения обмотки

, (26)

- по коэффициенту укорочения

, (27)

Следовательно равно

, (28)

Рассчитываем предварительное число витков в одной фазе

Для выполнения условия равносекционности определяем число активных проводников в одном пазу

, (29)

шт.

Следовательно предварительное число витков в обмотке одной фазы будет равно

, (30)

Проверяем нагрузку магнитной цепи сердечника статора АД при витка.

Магнитный поток

, (31)

=0,0017 Вб.

Магнитные индукции:

- в воздушном зазоре

, (32)

Вб.

- в зубцовой зоне

, (33)

Вб

- в спинке статора

, (34)

Вб.

Из таблицы 1 следует, что полученные магнитные нагрузки и меньше допустимых, что позволяет увеличить магнитный поток путем уменьшения числа витков в обмотке. А это, в свою очередь, разрешает увеличить сечение провода в пазу, номинальный ток и мощность АД. Возьмем числа активных проводников в одном пазу и для второго и третьего варианта расчета. Далее расчет выполняется в том же порядке, как и для первого варианта. По данным расчета видно, что третий вариант расчета удовлетворяет заданным условиям магнитных индукций АД. Дальнейший расчет АД будем выполнять по данным третьего варианта.

1. Расчет числа витков в одной секции

При двухслойной обмотке в одном пазу лежат проводники двух секций, следовательно, число витков в секции равно половине числа активных проводников в пазу.

Рассчитаем число витков в одной секции двухслойной обмотки трехфазного АД

, (35)

шт.