Белорусский Государственный АграрныйТехнический
Университет
Кафедра электроснабжения сельскогохозяйства
РЕФЕРАТ
“РАСЧЕТ ОБМОТКИ СТАТОРА ТРЕХФАЗНОГОАСИНХРОННОГО
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 данныхобмера магнитопровода
3 Выбор типа обмотки
4 Расчёт обмоточныхданных
5 Расчёт оптимальногочисла витков в обмотке одной фазы
6 Расчёт числа витков водной секции
7 Выбор изоляции паза илобовых частей обмотки
8 Выбор марки и расчётсечения обмоточного провода
9 Расчёт размеров секции(длины витка)
10 Расчёт массы обмотки
11 Электрическоесопротивление обмотки одной фазы постоянному току в холодном состоянии
12 Расчёт номинальныхданных
13 Задание обмотчику
14 Расчёт однослойнойобмотки
Вывод
ЛитератураАннотация
ВВЕДЕНИЕ
Асинхронные двигатели являются основными преобразователямиэлектрической энергии в механическую и составляют основу электроприводабольшинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.
Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06до 400 кВт напряжением до 1000 В – наиболее широко применяемыеэлектрические машины. В народнохозяйственном парке электродвигателей онисоставляют по количеству 90%, по мощности – примерно 55%. Потребность, а,следовательно, и производство асинхронных двигателей на напряжение до 1000 В вРБ растёт из года в год.
Асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой вРБ электроэнергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитныхматериалов: обмоточной меди, электротехнической стали и др., а затраты наобслуживание всего установленного оборудования уменьшаются. Поэтому созданиесерий высокоэкономичных и надёжных АД являются важнейшими задачами, аправильный выбор двигателей их эксплуатацией и высококачественный ремонт играютроль в экономии материальных и трудовых ресурсов.
Сроки жизни электрооборудования довольно длительные (до 20лет). За этот срок в процессе эксплуатации одни из элементовэлектрооборудования (изоляция) стареют, другие (подшипники) изнашиваются.
Процессы старения и износа выводят электродвигатель из строя.Эти процессы зависят от многих факторов: условий и режима работы, техническогообслуживания и т.д. Одна из причин выхода электрооборудования из строя –аварийные режимы: перегрузка рабочей части машины, попадание в рабочую машинупосторонних предметов, неполнофазные режимы работы и т.п.
Электрооборудование, вышедшее из строя, восстанавливают.Особенность ремонта в том, что до ремонта двигатель рассчитывают. Этонеобходимо для проверки соответствия имеющихся обмоточных данныхэлектродвигателя каталожными.
Полученные данные сравниваются с каталожными. Только в случаеполного совпадения всех необходимых величин или при малых расхождениях междуними можно приступать к ремонту электродвигателя.
1Задание 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 U/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 даныцифрами.
Технические условия заказчика:
n – частота вращения магнитного поля статора, мин-1.
Uф – фазное напряжение обмотки статора, В.
U/Δ – схема соединения обмоток фаз,звезда/треугольник.
f – частота тока, Гц.
2 Подготовка данных обмера магнитопровода
Подготовка данных обмера магнитопровода проводится дляудобства выполнения последующих расчётов и включает в себя расчёт:
а) площади полюса в воздушном зазоре (Qd),
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 сопротивлениемагнитному потоку по всей площади равномерное:
/> (м2)
где lp – расчётная длина магнитопровода, м
t — 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 листамэлектротехнической стали, следовательно, площадь полюса будет равнапроизведению 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 толщинылиста 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, перпендикулярнаямагнитному потоку, равна произведению её высоты на активную длинумагнитопровода:
/> (м2)
где hс – высота спинки статора
/> (м2)
/>м; />м2
4. Площадь паза в свету.Площадь паза в свету требуется для расчёта сеченияобмоточного провода. Для определения площади паза его сечение разбиваетсяосевыми 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 3Выбор типа обмотки
Выбор делается исходя из:
- техническиевозможности выполнения обмотки в данных условиях;
- минимальногорасхода обмоточного провода;
- номинальныхмощности и напряжения;
- типапаза;
- достоинстви недостатков обмоток;
- экономическойцелесообразности.
Схема статорных обмоток трёхфазных электрических машинразделяют:
- почислу активных сторон секций в пазу на однослойные (у которых активная сторонаодной катушки занимает весь паз) и двухслойные (активная сторона занимаетполовину паза),
- поразмеру шага на обмотки с полным шагом (при y=y’) и с укороченным шагом(при y
- почастоте вращения магнитного поля статора на односкоростные и многоскоростные,
- почислу секций в катушечных группах (фазных катушек) на обмотки с одинаковымчислом секций в группе (q равно целому числу) и равным (q равно дробному числу).
По способу выполнения обмоток их ещё разделяют на:
- шаблоннорассыпные (или всыпные), они же называются обмотками с мягкими секциями. Утаких 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 до10000 В при закрытых или полузакрытых пазах. Способ укладки обмоток трудоёмок.В настоящее время используются в основном при частичном ремонте обмоток.
- обмоткис жёсткими секциями, готовые, изолированные секции, несущие на активных частяхпазовую изоляцию, укладываются в открытые пазы. Используются для машин среднейи большой мощности с напряжением до 5000 – 10000 В и более.
По способу размещения секций катушечных групп в расточкестатора, а так же размещения лобовых частей подразделяются на:
концентрические, с размещением катушек (секций) одна внутри другойи расположением лобовых частей в двух или трёх плоскостях, такие обмоткивыполняются вразвалку;
шаблонные, с одинаковыми секциями катушечных групп. Онимогут выполняться и простыми и вразвалку. Если в шаблонной однослойной обмоткеразвалку выполнить не по полугруппам, а по отдельным катушкам получим схемуцепной обмотки.Однослойныеобмотки главным образом выполняются простыми шаблонами, шаблонными в«развалку», цепными, концентрическими.
Основныедостоинства однослойной обмотки:
1. Отсутствиемежслоевой изоляции, что повышает коэффициент заполнения паза, а следовательно,ток и мощность двигателя.
2. Простотаизготовления.
3. Большаявозможность применения автоматизации при укладке обмоток.
Недостатки:
1. Повышенныйрасход проводникового материала.
2. Сложностьукорочения шага, а следовательно, компенсации высших гармоник магнитногопотока.
3. Ограничениевозможности построения обмоток дробным числом пазов на полюс и фазу.
4. Болеетрудоёмкое изготовление и монтаж катушек для крупных электродвигателей высокогонапряжения.
Двухслойные обмотки в основном выполняются с одинаковымисекциями: петлевые и цепные, реже принимают концентрические.
Основные достоинства двухслойной обмотки по сравнению соднослойной:
1. Возможностьлюбого укорочения шага, что позволяет:
а) снизить расход обмоточного провода за счет уменьшениядлины лобовой части секции;
б) уменьшить высшие гармонические составляющие магнитногопотока, то есть снизить потери в магнитопроводе двигателя.
2. Простотатехнологического процесса изготовления катушек (многие операции можномеханизировать).
3. Возможностьвыполнения обмотки почти с любой дробностью q, что обеспечиваетизготовление обмотки при ремонте асинхронных двигателей с изменением частотывращения ротора. Кроме того, это является одним из способов приближения формыполя к синусоиде.
4. Возможностьобразования большего числа параллельных ветвей.
К недостаткам двухслойных обмоток следует отнести:
1. Меньшийкоэффициент заполнения паза (вследствие наличия межслоевой изоляции).
2. Некотораясложность при укладке последних секций обмотки.
3. необходимостьподнимать целый шаг обмотки при повреждении нижней стороны секции.
По приведенным соображениям, в настоящее время, в ремонтнойпрактике машин переменного тока двухслойные обмотки получили наибольшееприменение. Следовательно выбираем двухслойную петлевую обмотку.
4 Расчёт обмоточных данных
Обмотка асинхронного двигателя,размещённая в магнитопроводе его статора состоит из трёх самостоятельных фазныхобмоток (А, В, С). Обмотка трёхфазной машины переменного тока характеризуетсяследующими обмоточными данными:
у – шаг обмотки;
q – число пазов на полюс и фазу (равно числу секций вкатушечной группе);
N – число катушечных групп;
a — число электрических градусов, приходящихся на один паз;
а – число параллельных ветвей.
1. Шаг обмотки
Шаг обмотки (у) – это расстояниевыраженное в зубцах (или пазах), между активными сторонами одной и той жесекции:
/>
где y’ — расчётный шаг (равенполюсному делению, выраженному в зубцах);
x — произвольное число меньше единицы, доводящая расчётныйшаг (y’) до целого числа.
На практике принято шаг определятьв пазах, поэтому при раскладке вторая сторона секции ложится в паз у+1.
/>
Двухслойные обмотки выполняют сукорочением шага.
у=у’×Ку
где Ку – коэффициент укороченияшага обмотки
На практике и расчётамиустановлено, что наиболее благоприятная кривая изменения магнитного потокаполучается при укорочении диаметрального (расчётного) шага на Ку=0,8:
у=0,8×9=7,2 принимаем у=7
2. Число пазов на полюс и фазу.
Число пазов на полюс и фазу (q) определяетчисло секций в катушечной группе:
/>
где m — число фаз
Каждая катушка обмотки участвует всоздании двух полюсов, так как активные проводники одной её стороны имеют однонаправление тока, а другие — противоположные.
При q>1, обмотка называетсярассредоточенной, при этом фазные катушки должны быть разделены на секции,число которых равно q.
3. Число катушечных групп
В двухслойных обмотках числокатушечных групп механически увеличивается в два раза, однако по сравнению соднослойной обмоткой с числом витков в каждой секции меньшим в два раза, тогда:
/>2×2=4
где N1ф(2) — числокатушечных групп в одной фазе двухслойной обмотке. Так как каждую пару полюсовсоздают все три фазы переменного тока, следовательно:
/>
4. Число электрических градусов наодин паз
В расточке статора асинхронного двигателяодна пара полюсов составляет 3600эл. Это наглядно видно на рисунке 1.
При прохождении проводника пододной парой полюсов в расточке статора полностью за один оборот ЭДС в нём(возникает) изменяется по синусоиде. При этом происходит полный цикл изменения,который составляет 360 электрических градусов (рисунок 1 ).
Число электрических градусов,приходящихся на паз, или угловой сдвиг между рядом лежащими пазами:
/>
5. Число параллельных ветвей
Параллельные ветви в обмоткеасинхронного двигателя делаются для сокращения сечения обычного провода, крометого, это даёт возможность лучше загрузить магнитную систему машины.
При их параллельном подключениичисло параллельных ветвей в принципе может равняться числу катушечных групп водной фазе N1ф.
Катушечные группы фазы можносоединить и комбинированно (часть последовательно и часть параллельно), но приэтом, в любом случае число катушечных групп в каждой параллельной ветви должнобыть одинаковым, а=2.
Число параллельных ветвей вводитсятогда, когда необходимо уменьшить сечение провода. Максимальное числопараллельных ветвей:
аmax=2×p=2×2=4, принимаем а=1.
6. Принцип построения схемыстаторной обмотки трёхфазного асинхронного двигателя
Для получения вращающегося магнитного поля трёхфазного асинхронногодвигателя, при любой схеме обмотки, требуется:
1. Смещение в пространстве расточки статора асинхронного двигателяфазных обмоток, одна относительно другой на 1200эл.
2. Смещение во времени токов, протекающих по этим обмоткам, на /> периода.
Первое условие выполняется соответствующей укладкой катушечных групптрёхфазной обмотки, второе – подключением асинхронного двигателя к сетитрёхфазного тока.
При построении схемы, обмотка первой фазы может в общем начинаться слюбого паза. Поэтому первую активную сторону секции помещаем в первый паз.Вторую активную сторону секции помещаем через семь зубцов в восьмой паз.
Число катушечных групп одной фазы будет четыре.
В однослойной обмотке первая катушечная группа участвует в созданиипервой пары полюсов, вторая – должна создавать вторую пару полюсов, следовательно,расстояние между ними должно быть равно одной паре полюсов, т. е. 360электрических градусов.
В отличие от однослойных в двухслойных обмотках катушечные группы однойи той же фазы сдвигаются не на 360 электрических градусов, а на 180.
Поэтому:
/>.
Следовательно, вторая катушка фазы «А» начинается с 10-го паза.
Обмотка фаз «В» и «С» выполняетсяаналогично, но они сдвинуты, соответственно, на 120 и 240 электрическихградусов относительно обмотки фазы «А», т. е. В пазах это будет:
/>; />
5 Расчёт оптимальногочисла витков в обмотке одной фазы
/>
Рис. 2. а) Схема замещения обмотки асинхронного двигателя;
б) Векторная диаграмма асинхронного двигателя.
При подаче напряжения Uф наобмотку, по ней потечёт ток холостого хода (рис. 2). Так как напряжениеизменяется по синусоидальному закону, ток будет переменным. В свою очередьсоздаст в магнитной системе машины магнитный поток Ф, который также будетпеременный.
Переменный магнитный поток Ф индуцируется в витках обмотки, которая егосоздала ЭДС (ЕФ), направленную встречно преложенному напряжению(закон электромагнитной индукции).
ЭДС фазной обмотки ЕФ будет слагаться из суммы ЭДС отдельныхвитков E1в
Еф=å E1в или Еф= E1в×Wф
где Wф — количество витков в обмотке одной фазы.
Кроме того, ток Iххсоздаёт на активном и реактивном сопротивлении обмотки падение напряжения DU .
Таким образом, приложенное к обмотке напряжение Uф уравновешивается ЭДС ЕФ ипадение напряжение в обмотке DU. Всё это в векторной форме приведено в упрощённойвекторной диаграмме (рисунок 2).
Из изложенного и векторной диаграммы следует, что
/>
Падение напряжения составляет 2,5…4% от Uф тоесть в среднем около 3%, без ущерба для точности расчёта можно принимать:
Еф=0,97× Uф;
где Еф – ЭДС обмотки фазы, В
Uф — фазное напряжение, В
Тогда
/>
Мгновенное значение ЭДС одного витка:
/>
где t — время, с
Магнитный поток изменяется по закону:
Ф=Фм×sin×w×t,
где Фм — амплитудное значение магнитного потока, Вб;
w — угловая частота вращенияполя;
Тогда />
Максимальное значение ЭДС одного витка будет, когда />, тогда (так как/>):
/>.
Действующее значение отличается от максимального на />.
/>
Так как обмотка рассредоточена, то часть магнитного потока Фрассеивается, что учитывает коэффициент распределения Кр :
/>
Практически все двухслойные обмотки выполняются с укороченным шагом.Это приводит к тому, что на границах полюсов секциях разных фаз, лежащих водном пазу, направление токов будет встречное. Следовательно суммарный поток отэтих секций будет равен нулю, что уменьшит общий магнитный поток Ф. Это явлениеучитывает коэффициент укорочения Ку :
/>
Обмоточный коэффициент:
Коб=Кр×Ку=0,96×0,94=0,9
тогда окончательно ЭДС одного витка равно:
/>
Число витков в фазе:
/>
В полученном выражении Uф и f заданы заказчиком, нужно знать для расчета только Ф. Онпод полюсом распределяется равномерно (рисунок 3), однако при равенствеплощадей прямоугольника со стороной Вср и полуокружности с радиусомВd величина магнитного поля подполюсом будет одинаковой.
/>
Рис. 3. Магнитное поле полюса.
Величина средней магнитной индукции:
/>(Вб)
где /> - коэффициент учитывающийравномерность распределения магнитного потока под полюсом.
Вср – среднее значение магнитной индукции а воздушномзазоре, Тл
Вб – максимальное значение магнитной индукции в воздушномзазоре, Тл
Из таблицы «нормированных электромагнитных нагрузок асинхронных двигателей»для мощности от 1 до 10 кВт. Принимаем Вб=0,7
Отсюда значение магнитного потока:
/>Вб
Число витков в фазе:
/>шт
Предварительное число витков в фазе 104 шт.
При делении числа витков фазной обмотки по секциям, необходимораспределить их равномерно, так чтобы число витков во всех секциях обмотки Wсек было одинаковым, такая обмотка называетсяравносекционной.
Условие равносекционности выполняется исходя из выражения числаактивных проводников в пазу:
/>шт
где а– число параллельных ветвей.
В формуле двойка в числителе показывает, что виток имеет два активныхпроводника. Чтобы число витков в секциях было одинаковым, необходимо числоактивных проводников в пазу округлить:
- при однослойной обмотке до целого значения,
- при двухслойной – до целого чётного.
Округляем число проводников в пазу до целого чётного и принимаем Nп=18
После округления числа проводников в пазу, уточняем число витков в фазе
/>шт
Уточняем магнитный поток, так как он зависит от числа витков в фазе
/>Вб
Уточняем значение магнитных индукций Вd, Вz, Вc.
Магнитная индукция в воздушном зазоре:
/>Тл
Магнитная индукция в зубцовой зоне статора:
/>Тл
Магнитная индукция в спинке статора:
/>Тл
Сравниваем их с предельно допустимыми значениями. Все варианты расчётамагнитных индукций сводим в таблицу 2 :
Таблица 2
Нагрузки магнитной цепи при числе витков />.Наименование Еед. изм. Расчётная формула Варианты расчёта Допустимые пределы 1 2 3
Число проводников в пазу, Nп шт
/> 18 20 22
Число витков в обмотке одной фазы, Wф шт
/> 108 120 132
Величина магнитного потока Ф при Wф Вб
/> 0,0098 0,0089 0,0081
Индукция в воздушном зазоре, Вd Тл
/> 0,67 0,63 0,58 0,6 – 0,7
Индукция в зубцах, Вz Тл
/> 1,9 1,52 1,38 1,4 – 1,6
Индукция в спинке статора, Вc Тл
/> 0,65 0,6 0,54 1,2 – 1,6
По результатам расчёта, из таблицы видно, что наиболее оптимальныйвариант 2, при котором рассчитываемый двигатель будет отдавать максимальную дляего магнитной системы мощность. Если максимальная нагрузка в норме то это ибудет оптимальны вариант. Если магнитная индукция на каком-то участке ниженормы, то есть участок недогружен (3) и в этом случае будет недоиспользованасталь магнитопровода асинхронного двигателя, занижена его мощность.
Если магнитные нагрузки выше нормы индукции на каком либо участке, тоэтот участок перегружен и двигатель перегревается, этот вариант (1) недопустим. Наиболее оптимальным будет вариант 2.
6 Расчётчисла витков в одной секции
При однослойной обмотке проводники одной секции (Wсек) полностью занимают паз, поэтому числовитков в секции равно числу активных проводников в пазу.
/>
При двухслойной обмотке в одном пазу лежат проводники двух секций,следовательно, число витков в секции двухслойной обмотки (Wсек) равно половине числа проводников в пазу.
/>шт
7 Выборизоляции паза и лобовых частей обмотки
Целью этой изоляции является обеспечение требуемой электрическойпрочности между обмотками разных фаз, а также обмотками и магнитопроводом(корпусом) асинхронного двигателя. Кроме того, она должна отвечать требованиямнагревостойкости, химической стойкости, влагостойкости и пр.
/>
Рис. 4. Пазовая изоляция обмотки.
Изоляция паза (рис. 4) состоит из пазовой коробки 1, межслойнойпрокладки 2 (если обмотка двухслойная), прокладки под клин 3 и пазового клина4. Также устанавливаются межфазовые прокладки в лобовых частях секций иликатушечных групп, изоляции внутри машинных соединений, а также под бандаж впазовых и лобовых частях обмоток.
При ремонте АД серий А, А0, А2, А02 с нагревостойкостью изоляции:
А и Е (которых пока в РБ большинство) наибольшее применение получили,пазовые коробки из 3-х слоёв диалектиков:
— первый слой (кладётся в паз на магнитопровод), его назначение –защита второго слоя от повреждения листами стали, от этих материалов, в первуюочередь требуется высокая механическая прочность (электрокартон, слюдинит ипр.).
— второй слой это основная электрическая изоляция, от неё требуетсявысокая электрическая прочность (лакоткани, гибкие плёнки и т.п.).
— третий слой делается из механически прочного диэлектрика, он так жекак и первый защищает второй слой от повреждений, но уже активнымипроводниками, которые помещаются в паз (электрокартон, кабельная бумага и т.п.).
Пазовый короб должен плотно прилегать к стенкам паза, не сминаться приукладке обмотки, быть стойким к надрыву, продавливанию, расслоению и достаточноскользким.
Изоляция под бандаж выполняется также в три слоя, а междуфазныепрокладки в лобовых частях обмотки могут иметь один, два или три слоя, взависимости от используемых материалов.
Электроизоляционные материалы для всех указанных деталей обмотоквыбираются в зависимости от номинального напряжения машины, классанагревостойкости, условий работы, наличия диэлектрических материалов и поэкономическим соображениям.
Широкое применение в современных электрических машинах напряжением до1000 В получили синтетические плёнки и материалы, изготовленные с ихприменением – композиционные материалы. Они позволяют значительно сократитьтолщину изоляции вследствие их высокой электрической, а нередко и механическойпрочности, что повышает коэффициент заполнения паза. Полиэтилентерефталатная(лавсановая) плёнка ПЭТФ и пленкоэлектрокартон применяются в первую очередь дляизготовления пазовых коробок и прокладок. При этом две полоскиплёнкоэлектрокартона складываются плёнкой внутрь.
Полиамидная плёнка ПМ применяется в электрических машинах снагревостойкостью изоляции до 2200С.
Фторопластовая плёнка Ф-4ЭО, Ф-4ЭН имеет высокую влагостойкость,стойкость к растворителям, воздействию химически активных сред и применяться вмашинах специального назначения (например, для работы во фреоновыхкомпрессорах) и в тех случаях, когда нагревостойкость изоляции должна быть выше2200С. однако фторопластовые плёнки мягки и поэтому для пазовойизоляции их применяют в сочетании с другими, более жёсткими материалами.
Композиционные материалы обладают достаточно высокими механическими свойствами,они поставляются в рулонах.
Плёнкосинтокартоны марок ПЭТ-Ф, ПСК-ЛП состоят из плёнки ПЭТФ,оклеенной с обеих сторон либо бумагой из фенилового волокна (ПСК-Д), либобумагой из лавсанового волокна без пропитки (ПСК-Л) или с пропиткой (ПСК-ЛП).
Плёнкослюдопласт ГИП-ЛСП-ПЛ представляет собой слой флогопитовогослюдопласта,оклеенного с одной стороны стеклотканью, а с другой – плёнкой ПЭТФ, широкоиспользуется для изоляции обмоток из жёстких секций.
Для прокладок в лобовых частях применяются материалы, поверхностькоторых имеет повышенный коэффициент трения, в частности кабельную бумагу,тонкий электрокартон, плёнколакослюдопласт, плёнкоасбестокартон (их используютв двигателях серий А, А2, А4).
Изолирование внутримашинных соединений и выходных концов
осуществляется изоляционными трубками. В местах, где они неподвергаются изгибам, кручению и сжатию (при увязке схемы), применяютлакированные трубки марок: ТЛВ и ТЛС (на основе стеклянного чулка и масляноголака) – у машин с классом нагревостойкости изоляции А для работы в нормальныхусловиях окружающей среды; ТЭС – для машин с классом нагревостойкости В всехисполнений; ТКС – для машин с классом нагревостойкости F и Нхимически стойкого исполнения.
Трубки на основе фтороорганической резины марки ТРФ наиболее эластичныи стойки к перегибам.
Для механической защиты и закрепления изоляции применяют х/б,стеклянные и лавсановые ленты. Х/б ленты используются только в машинах склассом нагревостойкости изоляции А и только в пропитанном виде.
Стеклянные ленты пригодны для машин классов нагревостойкости изоляцииЕ, В, F и Н всех исполнений. Дляуменьшения выделений из стеклянной ленты пыли, при изолировании их пропитываютлаками.
Лавсановые ленты разработаны в последние годы и внедряются впроизводство. Они могут заменить не только стеклоленты, но и шнуры. Их можноиспользовать для обмоток классом нагревостойкости изоляции Н.
Лавсановые ленты не требуют пропитки. Толщина лавсановых лент: миткалевой– 0,14 мм, батистовой – 0,15 мм. Наиболее часто применяются для обмотоктафтяная лавсановая лента, она выпускается шириной 20, 28, 30 мм. При ширине 20мм разрывная нагрузка такой ленты составляет 390 Н. Большим преимуществомлавсановых лент является их усадка после термообработки, в результате чегопроисходит дополнительная натяжка изоляции.
Для увязки и бандажировки обмоток статора в лобовых частях применяютхлопчатобумажные шнур-чулки при классе нагревостойкости изоляции А и стеклянныешнур-чулки при классах нагревостойкости B, F, Н.
Учитывая номинальное напряжение, класс нагревостойкости, условияработы АД, наличие диэлектрических материалов и экономические соображения,выбираем синтетическую триацетат целлюлозную плёнку толщиной 35 мкм. Применяем,также композиционные материалы на основе синтетических плёнок (выбираемплёнкосинтокартон ПСК-ЛП, толщиной 0,30 мм). Внутреннее соединение и выходныеконцы будем изолировать электроизоляционными трубками ТЭС, внутренним диаметром2,5 мм. Для механической защиты и закрепления изоляции применяем х/б лавсановыеи стеклянные ленты ЛЭС, толщиной 0,08 мм. Для увязки и бандажирования применимхлопчатобумажные шнур-чулки АСЭЧ(б)-1,0.
Материалы, выбранные для изоляции пазов и лобовых частей обмотки :
1–й слой – электрокартон ЭВС, толщиной />0,3мм, /> кВ/мм,
2-й слой – лакоткань ЛХМ-105, толщиной />0,17мм, /> кВ (пробивное напряжениедано для данной толщины диэлектрика),
3-й слой – электрокартон ЭВС, толщиной />0,2мм, /> кВ/мм.
Проверяем выбранные диэлектрики на электрическую прочность изоляциипаза :
Электрическая прочность 1-го слоя: /> кВ;
Электрическая прочность 2-го слоя: /> кВ;
Электрическая прочность 3-го слоя: /> кВ.
Суммарная электрическая прочность пазовой изоляционной коробки :
/> кВ.
Проверка электрической прочности гильзы :
/>,
т.к. 12>1,0+2/>0,38 кВ,
то изоляция удовлетворяет поставленным условиям, более того,диэлектрики можно взять меньшей толщины. Однако, учитывая необходимостьобеспечения нужной механической прочности изоляции, выбранные материалы можноутвердить.
8 Выбор маркии расчёт сечения обмоточного провода
Выбор марки провода производится в зависимости от номинальногонапряжения, класса нагревостойкости, исполнения, мощности двигателя иэкономических соображений.
Расчётное сечение провода с изоляцией:
/>мм2
где Кз – коэффициент заполнения паза; Кз =0,48
/> - активная площадьпаза, то есть занятая в пазу изолированными проводниками обмотки
Расчётный диаметр провода с изоляцией:
/>мм
Из таблицы для диаметров медных проводов выбираем стандартное сечениепровода 2,63, без изоляции 2,44.
Гостированное сечение провода:
/>мм2
Диаметр изолированного провода должен быть на 1,5…2 мм меньше шириныпаза d’/>4-1.5; 2.63>2.5
Следовательно при укладке обмоточного провода в паз возможноповреждение изоляции.Учитывая это, принимаем не одно, а два параллельных сечения(а/>=2):
/> мм
По новому диаметру d/>=1,77мм, выбираем в таблице стандартный провод диаметром с изоляцией d/>/>=1,81 мм.Его диаметр без изоляции d/>=1,7 мм, сечение П/>/>=2,27мм2 .
Принимаем для изготовления секций два одинаковых по сечению провода П/>=2,27 мм2, маркиПЭТВ-2 с диаметром без изоляции — />=1,7 мм, с изоляцией />=1,81 мм :
/>
Определяем фактический коэффициент заполнения паза:
/>
9 Расчётразмеров секции (длины витка)
Определение длины витка необходимо для установки шаблона приизготовлении секций катушечных групп.
Длина витка секции :
/>(м)
где lа — пазовая (активная) длина витка, м. При отсутствии поперечных каналов охлажденияв магнитопроводе /> м.
lл — длинна лобовой части витка,м.
/>(м)
где k — поправочный коэффициент, />
Т – средняя ширина секции, м.
/> - коэффициент запаса, м. />
/>м
/>м
/>м
10 Расчётмассы обмотки
Расчёт массы обмотки необходим для получения обмоточного провода сосклада. Масса металла обмотки определяется путём умножения плотностипроводникового материала на объём провода:
/>,(кг)
где g — плотность проводниковогоматериала, кг/м3, (для меди – 8900 кг/м3).
П/> — сечение одной жилыобмоточного провода без изоляции, мм2.
m – число фаз обмотки, шт.
/>кг
Масса обмотки провода с изоляцией и учётом «срезок» ориентировочноравна:
/>кг
11Электрическое сопротивление обмотки одной фазы постоянному току в холодномсостоянии
Определяется для сравнения его с результатами измерений сопротивленийфазных обмоток оремонтированной машины при приемно-сдаточных и типовыхиспытаниях.
Электрическое сопротивление одной фазы обмотки постоянному току вхолодном состоянии определяется выражением:
/>Ом
где r — удельное сопротивлениепроводника, для меди – 0,0172 Ом×мм2/м.
12 Расчётноминальных данных
К номинальным данным относятся следующие величины:
Рн – мощность, кВт;
Uн — напряжение, В;
Iн — ток, А;
нf — частота тока, Гц;
nн - частота вращения ротора,мин-1;
cos j н — коэффициентмощности;
hн — коэффициент полезного действия;
U/Δ — схема соединения обмоток.
Из них Uн, f, n схемасоединения обмотки заданы заказчиком.
1. Номинальный ток
Номинальный фазный ток двигателя равен произведению плотности тока насечение провода с учётом параллельных ветвей и сечений.
/>A
где j — плотность тока, А/мм2.
Плотность тока, необходимая при определении номинального токадвигателя, выбирается в зависимости от мощности и исполнения машины.Предварительно выбираем плотность тока j=4,5 ипроверяем по линейной нагрузке двигателя.
Линейная нагрузка двигателя представляет собой произведение тока впроводнике на число проводников во всех пазах, приходящихся на 1м длиныокружности внутренней расточки статора:
/>/>
Результат вычислений линейной нагрузки сравнивается с допустимымзначением она должна входить в пределы 250 – 300 /> , условие выполняется.
2. Номинальная мощность
Расчётная номинальная мощность трёхфазного асинхронного двигателя(мощность на валу) определяется из выражения:
/> кВт
Полученное значение мощности /> округляемдо ближайшего стандартного:
Р/>=11 кВт.
Номинальный ток :
/>А.
Принимаем коэффициент мощности сos j =0,87 и коэффициент полезного действия h=0,87.Фактическая плотность тока определяется по формуле
/>
Рассчитываем линейную нагрузку:
/>/>
Сравниваем значение линейной нагрузки с допустимыми значениями 250 –300 />. Посколькузначение входит в пределы, то составляем задание обмотчику.
13 Заданиеобмотчику№ Наименование Статор 1 Тип двигателя 4A132М4У3 2 Номинальная мощность, кВт 11 3 Номинальное напряжение, В 220 4 Номинальный ток, А 22 5
Номинальная частота вращения, мин-1 1500 6 Частота тока, Гц 50 7 Схема соединения обмоток U/D 8 соsj 0,87 9 h, % 87 10 Тип обмотки Петлевая, двухслойная 11 Масса провода, кг 10,87 12 Марка и сечение провода
/> 13 Число параллельных сечений, шт 2 14 Число витков в секции, шт 108 15 Число секций в катушке 3 16 Длина витка, м 0,712 17 Количество катушек, шт 12 18 Шаг обмотки 7 19 Число параллельных ветвей 1
Составил студент 3-го курса Чистяков Павел Владимирович
20.05.2005 ___________(подпись)
14 Расчётоднослойной обмотки
1. Шаг обмотки
/>
2. Число пазов на полюс и фазу.
/>
3. Число катушечных групп
/>
/>
4. Число электрических градусов наодин паз
/>0
5. Число параллельных ветвей
Принимаем а=1.
6. Принцип построения схемы статорной обмотки трёхфазного асинхронногодвигателя
При построении схемы, обмотка первой фазы может в общем начинаться слюбого паза. Поэтому первую активную сторону секции помещаем в первый паз.Вторую активную сторону секции помещаем через семь в восьмой паз.
В однослойной обмотке первая катушечная группа участвует в созданиипервой пары полюсов, вторая – должна создавать вторую пару полюсов,следовательно, расстояние между ними должно быть равно одной паре полюсов, т.е. 360 электрических градусов. Но в данном случае у нас только одна катушечнаягруппа и она участвует в создании только одной пары полюсов.
Обмотка фаз «В» и «С» выполняетсяаналогично, но они сдвинуты, соответственно, на 120 и 240 электрическихградусов относительно обмотки фазы «А», т. е. В пазах это будет:
/>; />
Вывод
1. Изменение частоты вращения магнитного поля влияет следующим образомна величины магнитных индукций:
— магнитная индукция изменяется незначительно потому что задаёмсяоптимальными значениями
— магнитная индукция в зубцовой зоне статора изменяется так женезначительно, потому что изменяется сечение зубцовой зоны пропорциональноизменению сечения воздушного зазора
— магнитная индукция в спинке статора с уменьшение вращения магнитногополя уменьшается, потому что сечение спинке статора постоянно.
2. Изменение фазного напряжения влечёт изменение:
— числа витков в фазе
— сечение провода
3. Изменение частоты влечёт изменение:
— числа витков в фазе
— ЭДС витка
4. Выбор типа обмотки отражается на следующих параметрах:
Двухслойная обмотка имеет возможность укорочения, что экономит провод иуничтожает высшие гармоники.
Однослойная имеет больший коэффициента заполнения паза, что ведёт кповышению сечения провода, и следовательно к повышению мощности двигателя.Поэтому требует большего количества обмоточного провода, так как шаг нельзяукорачивать.
5. Наиболее рациональная статорная обмотка магнитопровода двухслойная сукороченным шагом. Фазное напряжение 220В, частота вращения 1500 мин-1,частота тока 50 Гц.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сердешнов А. П. Расчёттрёхфазного асинхронного двигателя при ремонте: Учебно – методическое пособиедля студентов C/X вузов. – Мн.: БГАТУ,2003 г.
3. Жерве Г.К. Обмоткиэлектрических машин. – Л.: Энергоатомиздат, 1989 г.
2.Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций, Справочник.– М.: Энергоатомиздат, 1989 г.
АННОТАЦИЯ
Курсовой проект выполнен в объеме: расчетно-пояснительнаязаписка на страницах печатного текста, таблиц — рисунков —, графическая частьна 3 листах, в том числе формата А1 – 2 листа, формата А4 – 1 лист.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, обмоточные данные,магнитная нагрузка, номинальные данные.
В работе: выполнен расчет обмотки трехфазного асинхронногодвигателя, определены обмоточные данные, на которые выполнены развернутые схемыобмоток. Определены все основные параметры обмотки, установлены номинальныеданные электродвигателя.