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:
2. Номинальнаячастота вращения (синхронная): =1500об/мин
3. Схемастатора: “звезда”;
4. Номинальноенапряжение питания:
5. Исполнение:брызгозащищенная;
6. Исполнениеротора: короткозамкнутый;
7. Частотасети
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
Задаемся предварительными значениями КПД
Определяем фазный ток статора по выражению:
— номинальная мощностьмашины, кВт.
Определяем расчетную (внутреннюю) мощность двигателя повыражению:
Зная расчетную мощность и число пар полюсов, по графику устанавливаемпредварительное значение диаметра расточки статора
Далее определяем окружную скорость ротора:
В результате имеем предварительное значение
Расчет обмотки статора
Определяем магнитный поток машины:
м;
Вб;
Находим предварительно число последовательно соединенныхвитков фазы статора:
Задаемся числом пазов на полюс и фазу
Предварительное значение числа последовательно соединенныхпроводников в пазу:
Округляем до ближайшего целого четного числа
Окончательное число последовательно соединенных витков фазыстатора
Для полученного значения определяем значениемагнитного потока:
Вб.
Линейная нагрузка для
Машинная постоянная Арнольда:
Для диаметра расточки статора окончательно определимзначения:
Длина статора : см;
Конструктивная длина статора: см;
Аксиальная длина чистой стали статора:
Определяем внешний диаметр магнитопровода статора поформуле:
см;
Найдем ближайший меньший нормализованный диаметрстатора:
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:
Пусть
— округляем доближайшего стандартного значения
Выбираем размеры:
высота — для прямоугольноймеди;
Для проверки правильностирасчетов определим коэффициент заполнения паза:
— площадь сеченияпаза,
при прямоугольном пазе
В качестве обмотки статораприменим двухслойную укороченную обмотку.
Определяем элементы обмотки:
шаг секции по пазам:
шаг по пазам между началами фаз k=0,1,2,3…
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
Определяем ток фазы ротора, т.еток стержня:
Для обмотки типа “беличья клетка”:
А;
Сечение стержня ротора:
— плотность тока вмедных стержнях;
Ток в короткозамыкающем кольце:
Сечение короткозамыкающегокольца:
Размеры короткозамыкающегокольца:
Расчет магнитнойцепи
Зубцовый шаг на расточке статора:
Ширина зубца статора на расточке:
— ширина щелипрямоугольного паза статора;
МДС зубцового слоя статора:
— расчетная высотазубца в радиальном направлении;
— расчетнаянапряженность поля;
Для прямоугольных пазов принимается:
Зубцовый шаг статора на 1/3 высоты:
Ширина зубца статора на 1/3 высотызубца:
Напряженность определим по кривымнамагничивания стали, зная величину индукции в этом сечении:
МДС зубцового слоя статора:
МДС сердечника статора:
где — напряженностьмагнитного поля в сердечнике статора, определяемая по кривым намагничивания наоснове полученного ранее значения магнитной индукции
— 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:
Средняя напряженность магнитного поля в зубцах ротора:
Сечение сердечника ротора:
Высота сердечника ротора:
МДС сердечника ротора:
определяется по кривойнамагничивания, задавшись магнитной индукцией в сердечнике ротора:
МДС воздушного зазора:
полная МДС магнитной цепи на паруполюсов:
Коэффициент насыщения двигателя:
Определениесопротивлений обмоток двигателя
Определение активныхсопротивлений
Активное сопротивление фазы статорной обмотки при 75
Омическое сопротивление одной фазы при 15
— расчетное значениепровода статорной обмотки;
— длина лобовой части,
Ом;
Ом;
Активное сопротивление стержня при 75
Удельное сопротивление для медных стержней
Активное сопротивление двух колец, приведенное ксопротивлению стержня:
— удельноесопротивление кольца;
Ом;
Активное сопротивление ротора
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:
— соответственнотолщина и ширина сечения короткозамыкающего кольца.
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
Масса сердечника статора:
— плотностьэлектротехнической стали.
Масса зубцов статора:
Поверхностные потери статора, Вт:2:
Поверхностные потери ротора, Вт:
2:
Суммарные поверхностные потери:
Пульсационные потери в статоре, Вт:
Пульсационные потери в роторе:
Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубца ротора:
Тл, где
Масса зубцов ротора:
Суммарные пульсационные потери:
Механические потери:
Ориентировочно механические потери
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
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:
3.Тепловой расчет
Удельные тепловые нагрузки в статоре:
от потерь в стали
от потерь в меди статора:
от изоляции:
— периметр пазастатора.
Превышение температуры над входящим воздухом:
а) стали статора:
— окружная скоростьвентилятора.
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 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)
Само номинальное скольжение:
В таблице: — реактивнаясоставляющая тока статора; — электрические потерив статоре; — электрические потерив роторе; — суммарные потери встали; — активная мощностьпри номинальной нагрузке; — комплексныйкоэффициент; — фазное напряжение.
№ п/п
Скольжение
0,005
0,01
0,015
0,02
0,0235
0,025
1
13,67
6,8897
4,6293
3,4991
2,994
2,821
2
0,3416
0,3416
0,3416
0,3416
0,3416
0,3416
3
13,674
6,898
4,64189
3,51575
3,0134
2,8416
4
0,999
0,99879
0,99728
0,99526
0,99356
0,99275
5
0,02498
0,0495
0,07359
0,09716
0,11336
0,1202
6
16,32
32,35
48,0768
63,4766
74,0585
78,536
7
16,073
31,855
47,2655
62,2789
72,537
76,8598
8
22,732
23,9087
25,8177
28,4098
30,606
31,636
9
27,84
39,829
53,857
68,4527
78,7295
83,116
10
0,577
0,7998
0,8776
0,9098
0,92134
0,92473
11
10,608
21,0243
31,195
41,104
47,8744
50,7275
12
0,2488
0,5092
0,93108
1,054
1,98966
2,21755
13
0,0526
0,20689
0,45696
0,7965
1,0843
1,21939
14
1,337
1,337
1,337
1,337
1,337
1,337
15
0,0303
0,06208
0,1135
0,18339
0.24259
0,27038
16
1,6687
2,11517
2,83854
3,82098
4,65355
5,04432
17
0,8426
0,8994
0,909
0,90704
0,90279
0,90056
18
8,939
18,909
28,3564
37,2830
43,22
45,683
19
1492,5
1485
1477,5
1470
1464,75
1462,5
20
0,057
0,12
0,18
0,24
0,28
0,299
Максимальный момент:
Критическое скольжение, соответствующее максимальномумоменту:
Участок зависимости рассчитаем по формулеКлосса:
Для построения графика зависимости 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
0,23
0,188
S
0,005
0,01
0,015
0,02
0,0235
0,025
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
1
n
1492
1485
1477
1470
1464
1462
1050
900
750
600
300