Расчет и проектирование судового асинхронного электродвигателя

Министерство транспорта Российской Федерации

Государственная Морская Академия имени адмирала С.О. Макарова

Кафедра ЭДАС

Вариант № 10

Задание на курсовое проектирование по дисциплине:

Судовые электрические машины

Рассчитать и спроектировать судовой асинхронный двигатель по следующим данным:

1. Номинальная мощность:

2. Номинальная частот вращения (синхронная): <=1500 об/мин

3. Схема статора: звезда;

4. Номинальное напряжение питания:

5. Исполнение: брызгозащищенная;

6. Исполнение ротора: короткозамкнутый;

7. Частота сети

Выполнил: к-т гр. Э-332

Попаденко Н.С.

Проверил:

Сюбаев М.А.

Санкт-Петербург

2005

1.Электромагнитный расчет и определение основных размеров двигателя

Определение размеров двигателя

При заданной номинальной мощности а

Задаемся предварительными значениями КПД

Определяем фазный ток статора по выражению:

а<- номинальная мощность машины, кВт.

Определяем расчетную (внутреннюю) мощность двигателя по выражению:

Зная расчетную мощность и число пар полюсов, по графику аустанавливаем предварительное значение диаметра расточки статора

Далее определяем окружную скорость ротора:

В результате имеем предварительное значение

Расчет обмотки статора

Определяем магнитный поток машины:

ам;

Вб;

Находим предварительно число последовательно соединенных витков фазы статора:

Задаемся числом пазов на полюс и фазу

Предварительное значение числа последовательно соединенных проводников в пазу:

Округляем до ближайшего целого четного числа

Окончательное число последовательно соединенных витков фазы статора

Для полученного значения аопределяем значение магнитного потока:

Вб.

Линейная нагрузка для

Машинная постоянная Арнольда:

Для диаметра расточки статора аокончательно определим значения:

Длина статора : асм;

Конструктивная длина статора: асм;

ксиальная длина чистой стали статора:а

Определяем внешний диаметр магнитопровода статора по формуле:

асм;

Найдем ближайший меньший нормализованный диаметр статора:а

Установим вид паза - прямоугольный. Задаемся высотой паза

Находим высоту сердечника статора:

сечение сердечника статора:

Определяем магнитную индукцию в сердечнике статора:

а Соблюдено словие

Выбор воздушного зазора

Для машин с мощностью

Диаметр ротора:

Определяем число пазов статора:

Расчетное значение провода статорной обмотки:

Пусть

а<- округляем до ближайшего стандартного значения

Выбираем размеры:

высот а<- для прямоугольной меди;

Для проверки правильности расчетов определим коэффициент заполнения паза:

а<- площадь сечения паза,

при прямоугольном пазе

В качестве обмотки статора применим двухслойную короченную обмотку.

Определяем элементы обмотки:

шаг секции по пазам:

шаг по пазам между началами фаз

полюсное деление в шагах по пазам:

коэффициент распределения обмотки:

коэффициент корочения обмотки:

Обмоточный коэффициент:

Расчет обмотки ротора

Число пазов ротора выбираем в определенной зависимости от числа пазов статора

Определяем ток фазы ротора, т.е ток стержня:

Для обмотки типа беличья клетка:

;

Сечение стержня ротора:

а а<- плотность тока в медных стержнях;

Ток в короткозамыкающем кольце:

Сечение короткозамыкающего кольца:

Размеры короткозамыкающего кольца:

Расчет магнитной цепи

Зубцовый шаг на расточке статора:

Ширина зубца статора на расточке:

а<- ширина щели прямоугольного паза статора;

МДС зубцового слоя статора:

а<- расчетная высота зубца в радиальном направлении;

а<- расчетная напряженность поля;

Для прямоугольных пазов принимается:

Зубцовый шаг статора на 1/3 высоты:

Ширина зубца статора на 1/3 высоты зубца:

Напряженность аопределим по кривым намагничивания стали, зная величину индукции в этом сечении:

МДС зубцового слоя статора:

МДС сердечника статора:

а где а<- напряженность магнитного поля в сердечнике статора, определяемая по кривым намагничивания на основе полученного ранее значения магнитной индукции

а<- средняя длина магнитной 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 находятся напряженности магнитного поля по трем сечениям зубца:

Средняя напряженность магнитного поля в зубцах ротора:

Сечение сердечника ротора:

Высот сердечника ротора:

МДС сердечника ротора:

аопределяется по кривой намагничивания, задавшись магнитной индукцией в сердечнике ротора:

МДС воздушного зазора:

полная МДС магнитной цепи на пару полюсов:

Коэффициент насыщения двигателя:

Определение сопротивлений обмоток двигателя

Определение активных сопротивлений

ктивное сопротивление фазы статорной обмотки при 75

Омическое сопротивление одной фазы при 15

а<- расчетное значение провода статорной обмотки;

а<- длина лобовой части, а

Ом;

ктивное сопротивление стержня при 75

Удельное сопротивление для медных стержней

ктивное сопротивление двух колец, приведенное к сопротивлению стержня:

а<- дельное сопротивление кольца;

Ом;

ктивное сопротивление ротора

Приведенное к статору активное сопротивление обмотки ротора:

Определение индуктивных сопротивлений

Индуктивное сопротивление обмотки статора

Пазовая магнитная проводимость открытого паза:

Магнитная проводимость дифференциального рассеяния для открытого паза:

Магнитная проводимость рассеяния лобовых частей:

Полная магнитная проводимость рассеяния обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки типа беличья клетка:

Пазовая магнитная проводимость для круглого стержня:

Магнитная проводимость дифференциального рассеяния:

Магнитная проводимость рассеяния лобовых частей при кольцах, прилегающих к стали ротора:

а<- соответственно толщина и ширина сечения короткозамыкающего кольца.

Полная магнитная проводимость рассеяния ротора:

Приведенное к статору индуктивное сопротивление ротора:

2. Расчет параметров и характеристик двигателя.

Ток холостого хода

Фазная индуктивная составляющая тока холостого хода:

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

Для электротехнической стали Э11 с толщиной листов 0,5 мм удельные потери

Масса сердечника статора:

а<- плотность электротехнической 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:

мплитуда 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:

ктивная 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:

ктивное сопротивление:

индуктивное сопротивление:

полное сопротивление:

Приведенный ток короткого замыкания ротора:

Ток короткого замыкания статор

Коэффициент мощности при коротком замыкании:

Кратность тока короткого замыкания должна составлять:

Кратность пускового вращающего момента:

Номинальное скольжение:

Для судовых двигателей начальный (пусковой) момент должен быть 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:

а<- периметр паза статора.

Превышение температуры над входящим воздухом:

) стали статора:

а<- окружная скорость вентилятора.

б) лобовых частей обмотки:

в) в изоляции статорной обмотки:

Среднее превышение температуры статорной обмотки:

Превышение температуры обмоток асинхронных двигателей морского исполнения не должно быть более: 75 адля класса изоляции В.

Расчет рабочих характеристик двигателя:

При расчете будем применять аналитический метод. Задаемся 6-ю значениями скольжения S в пределах номинального скольжения (0,Е1,3)

Само номинальное скольжение:

В таблице: а<- реактивная составляющая тока статора; а<- электрические потери в статоре; а<- электрические потери в роторе; а<- суммарные потери в стали; а<- активная мощность при номинальной нагрузке; а<- комплексный коэффициент; а<- 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,	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