Расчет электродвигателя малой мощности

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И СПОРТА УКРАИНЫ

Донецкий политехнический техникум

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КР.5.14010201.08.00.ТО

Расчет электродвигателя малой мощности

Работу выполнил Коловоротный Р.В.

Руководитель работы Машков А.А.

Задание на курсовую работу

Выполнить расчет асинхронного двигателя малой мощности со следующими данными:

тип двигателя ЭКС 18

полезная мощность Р2н= 52

напряжение питающей сети U= 220

скорость вращения = 1460

режим работы - продолжительный

исполнение - закрытое

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН выполнения курсовой работы

Содержание работПримерный объемМесяцы и дни исполнения10.09-16.0917.09 27.0928.09 7.108.10 14.1015.10 22.1021.10 28.1029.1004.1105.11 12.11Введение. Основные размеры двигателя20ХХОбмотка статора. 35ХХРазмеры пазов и зубцов статора40ХХКороткозамкнутый ротор с беличьей клеткой50ХХОпределение МДС двигателя70ХХПотери и КПД двигателя75ХХПотери и КПД двигателя80ХХТепловой расчет двигателя85ХХОформление пояснительной записки100ХХ

Дата выдачи 10 сентября 2011г.

Срок окончания 12 ноября 2011г.

Преподаватель Машков А.А.

Председатель предметной комиссии Корощенко Л.Н.

РЕФЕРАТ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

__С., __РИС., __.ТАБЛ., __.ПРИЛОЖЕНИЙ, __.ИСТОЧНИКОВ

Объектом данной курсовой работы является поверочный расчет асинхронного двигателя малой мощности .

Цель работы - определение основных размеров и параметров электродвигателя.

В курсовой работе были определены расчетная мощность двигателя, внутренний диаметр полюсов, длина и диаметр ротора. Выполнены расчеты: основных размеров двигателя, обмотки статора, пазов и зубцов статора, короткозамкнутого ротора с «беличьей клеткой».Определены МДС двигателя, потери и КПД двигателя, тепловой расчет двигателя.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, МОЩНОСТЬ,ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ, РОТОР,СТАТОР, ПЛОТНОСТЬ ТОКА, МАГНИТНАЯ СИСТЕМА, ИНДУКЦИЯ, ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ СТАЛЬ, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ, «БЕЛИЧЬЯ КЛЕТКА».

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на курсовую работу

Реферат

Введение

1.Основные размеры двигателя

. Обмотка статора

.Размеры пазов и зубцов статора

. Короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой

.Определение МДС двигателя

. Потери и КПД двигателя

. Тепловой расчет двигателя

Заключение

Литература

Введение

Около семидесяти процентов всей электрической энергии на месте потребления преобразуется в механическую энергию с помощью электродвигателей, предназначенных для электропривода различных машин и механизмов.

На первом этапе развития электропривода его основу составляли коллекторные электродвигатели постоянного тока. Однако с начала девяностых годов прошлого столетия в промышленности широко применяется изобретенный М.О. Доливо-Добровольским трехфазный асинхронный бесколлекторный двигатель.

Двигатели этого типа более дешевые, надежные и не требующие дорогих преобразовательных установок. Они дают более эффективное динамическое торможение в одну ступень с небольшим начальным ударным моментом.

Асинхронные двигатели (АД), выполненные с короткозамкнутым ротором, имеют недостаток, выражающийся в невозможности плавного регулирования частоты вращения без специальных преобразовательных установок. У другого типа асинхронных двигателей на роторе располагается обмотка, аналогичная статорной обмотке. Выводы обмотки через кольца и щетки подключаются к реостату, который служит для пуска двигателя с повышенным начальным моментом или для регулирования его частоты вращения. Этот тип двигателя называется двигателем с фазным ротором или с контактными кольцами.

Таким образом, электрические машины являются существенным элементом энергетических систем и установок. Поэтому для специалистов, работающих в самых разных отраслях электротехники, необходимо изучение основ теории электрических машин и основ электропривода.

Изучив курс дисциплины Электрические машины общепромышленного назначения и Основы электропривода студент должен знать основы теории, устройство элементов и принцип действия электрических машин; иметь представление о номинальных параметрах и каталожных данных электрических машин, способах повышения коэффициента полезного действия и коэффициента мощности; уметь использовать в практической работе основные положения электропривода, понимать принципы сопряжения характеристик рабочего механизма и характеристик электродвигателя.

1.Основные размеры двигателя

Расчетная полезная мощность двигателя на валу

= = 201 Вт (1.1)

где к= 0.85 - отношение Э.Д.С. статора к напряжению питающей сети.

Определяю произведение КПД на коэффициент мощности для маломощных электродвигателей бытовых аппаратов (Л.1)

?cos? = 0.22

Машинная постоянная

== 0.000915 (1.2)

где - = 0.64 - отношение средней индукции в воздушном зазоре к ее амплитуде;

В?= 0.6 Тл - магнитная индукция в воздушном зазоре двигателя;

Аs=17000 А/м - линейная нагрузка статора;

Коб1= 0.85 - обмоточный коэффициент.

Диаметр расточки статора

= = 0.0625 м (1.3)

где n1 = 1500 об/мин - синхронная частота вращения двигателя;

?= 0.5 - отношение длины статора к его ширине.

Окончательное значение внутреннего диаметра (расточки) статора и расчетная длина пакета статора принимаю по ГОСТ 6636-69:

Dа= 0.063 м.

Материал статора - листовая электротехническая сталь по ГОСТ 802-58.

Расчетная длина пакета статора

= 0.5*0.063 = 0.0315 м (1.4)

Полюсный шаг

= = 0.0495 м (1.5)

Число пар полюсов двигателя

= = 2 (1.6)

где f1 = 50 - частота тока питающей сети.

2. Обмотка статора

Принимаю статорную обмотку двухслойной, с целым числом пазов на полюс и фазу.

Количество пазов статора двигателя

= 4*2*4 = 32 (2.1)

где m1= 2 - количество фаз для конденсаторного двигателя

количество полюсов на полюс и фазу принимаю равным

q1 = 4 ;

z1= 32 - число пазов для двигателя типа

Минимальная величина пазового деления статора

== 0.062 м (2.2)

Полюсный шаг:

= = 8 (2.3)

Шаг однослойной обмотки по пазам

= 6.64 (2.4)

Сокращенный шаг двухслойной обмотки по пазам

= 0.83*8 = 6.64 (2.5)

где= 0.83 - коэффициент укорочения шага обмотки для ослабления 5 и 7 гармоник

Коэффициент распределения обмотки

= 0.96 (2.6)

Коэффициент укорочения

= = 0.965 (2.7)

Обмоточный коэффициент обмотки статора

коб1=кр1 ку1= 0.96*0.965 = 0.926 (2.8)

Значение линейной нагрузки вспомогательной обмотки конденсаторного двигателя

АSB=0.4*АS= 0.4*17000 = 6800 А/м (2.9)

Амплитуда основного магнитного потока главной обмотки в воздушном зазоре:

=0.64*0.0495*0.65*0.0315 =0.00064 Вб (2.10)

Количество витков рабочей обмотки:

= = 1545 (2.11)

где Е1=0,92U - Э.Д.С. обмотки статора

Число витков вспомогательной обмотки для конденсаторных двухполюсных двигателей

В=1.65*w1=1.65*1545 =2549 (2.12)

Количество проводников в пазах статора

для конденсаторных двигателей

= = 193 (2.13);

= =318 (2.14).

для двигателей с пусковой обмоткой

= = 290 (2.15);

= = 926 (2.16).

гдеzраб=z1 = 21.3 - количество пазов рабочей обмотки;

zпуск=z1 = 10.6 - количество пазов пусковой обмотки.

Значения токов в главной и вспомогательной обмотке при номинальной нагрузке

для конденсаторных двигателей

= =0.778 А; (2.17)

где=0,4 - отношение мощности вспомогательной обмотки к мощности рабочей обмотки. ;

= = 0.264 А (2.18)

для двигателей с пусковой обмоткой

== 1.089 А. (2.19)

Сечение и диаметр обмоток статора:

основной == 0.130 мм2 ; (2.20)

вспомогательной = = 0.044 мм2 (2.21)

где1=в=4А/мм2- плотность тока в главной обмотке.

По площади сечения проводов выбираю их стандартные марку и диаметр по [Л1]

Fст1= мм2

Fств=мм2

Площадь сечения паза:

= = 6.95 мм2 (2.22)

гдекзап=0,4- коэффициент заполнения паза.

3. Размеры пазов и зубцов статора

Принимаю полузакрытые пазы овальной формы с одинаковой толщиной зубца по высоте

Высота сердечника статора

== 0.00994 м (3.1)

гдеВс= 1.1 Тл - магнитная индукция статора.

Ширина прорези паза

ап= 5 мм. (3.2)

Ширина пазового деления

= = 0.0062 м. (3.3)

Толщина зубца

= =0.00333 м. (3.4)

асинхронный двигатель мощность статор

Высота паза статора

п=1,1hс=1.1*0.00994 =0.0109 м. (3.5)

гдеВз= 1.3 Тл - магнитная индукция в зубцовом слое.

Магнитная индукция в спинке статора

==1.16 Тл. (3.6)

Наружный диаметр пакета статора

Dн=Dа+2(hп+hс) = 0.063+2*(0.0109+0.00994) = 0.105 м. (3.7)

Средняя длина проводника обмотки статора

а1=Lо+1,5 =0.0315+1.5*0.0495= 0.106 м. (3.8)

Активное сопротивление главной и вспомогательной обмоток при температуре =20оС

= = 43.4 Oм (3.9)

== 215 Ом (3.10)

где Ом м - удельное сопротивление меди.

Активное сопротивление главной и вспомогательной обмоток в нагретом состоянии при температуре =75оС

R1.75=R1.20[1+0,004(-20)]= 43,4*(1+0.004*55) = 53 Ом (3.11).75=RB.20[1+0,004(-20)]= 215*(1+0.004*55) = 262Ом (3.12)

4. Короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой

Воздушный зазор между статором и ротором

0.0002 м (4.1)

Диаметр ротора двигателя

р=Dа-2=0.063-2*0.002 = 0.0626 м (4.2)

Количество пазов ротора

21,25(z1+p)=1.25*34 = 42.5 (4.3)

Принимаю 40.

Короткозамкнутый ротор изготовляют из электротехнической стали Э31 толщиной 0,35мм. (Л2.) Материал «беличьей клетки» - литой алюминий.

Токи стержня и короткозамкнутых колец ротора с «беличьей клеткой»

==62.3 А (4.5)

= =499.3 А (4.6)

где кz =0.4 - коэффициент.

Сечение стержня

(4.7)

где с=4 - плотность тока в стержне.

Сечение короткозамкнутого кольца, мм2

==0.000125 (4.8)

где к=4 - плотность тока в кольце.

Сопротивление стержня ротора

= = 8.82 Ом (4.9)

где Ом мм2/м - удельное сопротивление алюминия.

Сопротивление части короткозамкнутого кольца между стержнями

== 1.72Ом (4.10)

Сопротивление обмотки ротора

2=Rc+= = 0.000221Ом, (4.11)

где = = 0.34

Приведенное сопротивление обмотки ротора

= = 0.0621 Ом (4.12)

Емкость конденсатора

== 9.89 мкФ (4.13)

Необходимое номинальное напряжение конденсатора

К=1,2UH=1.2*220 = 264 В (4.14)

5.Определение МДС двигателя

Коэффициент воздушного зазора

(5.1)

Магнитодвижущая сила для воздушного зазора

=1,6BкА (5.2)

Магнитодвижущая сила для зубцов статора, А

АWz=100awz2hп=100*8.2*2*0.0109= 179 А (5.3)

аwz= 8.82 А/см - магнитодвижущая сила определена по таблицам намагничивания (Л1) по значению магнитной индукции Bz=1,30 Тл.

Индукция в сердечнике статора

с== = 1.1 Тл (5.4)

Средняя длина пути магнитного потока в сердечнике

= = 0.075 м (5.5)

Магнитодвижущая сила для сердечника статора

АWc=awcLc=100*5.58*0.075 = 418.5А (5.6)c =5.58 А/см- магнитодвижущая сила определена по таблицам намагничивания (Л1) по значению магнитной индукции Bа=1.16 Тл.

Магнитодвижущая сила холостого хода главной обмотки, приходящаяся на одну пару полюса

АWо=1.03*(226+179+418.5)=845А (5.7)

где с1=1.03

Реактивная составляющая тока холостого хода двигателя

= = 0.557 А (5.8)

6. Потери и КПД двигателя

Масса зубцов статора

Мзс=7.8z1взhпLо 103 = 7.8*32*0.00333*0.00994*0.0315*103 = 0.260 кг (6.1)

Масса сердечника статора

Мсс=5,5()Lо 103=5.5*(0.0110-0.00534)*0.0315*103= 0.980 кг (6.2)

Так как потери в стали ротора малы, то их не рассчитываю.

Магнитные потери в зубцах статора

Рсз=ксМзс = 1.6*0.260=0.073 Вт (6.4)

Магнитные потери в сердечнике статора

Рсс=ксМсс= = 1.89 Вт (6.5)

где кс = 1.6 Вт/кг - удельные потери в стали определяю по приложению IV [Л-3] для стали Э31 толщиной 0,35мм при индукции 1,4 Тл.

Общие потери в стали статора

Рс=Рсс+Рсз = 1.89+0.703 = 2.6 Вт (6.6)

Потери в меди в режиме холостого хода обмотки статора, Вт

Рм1=R1.20= 0.605*43.4 = 26.3Вт (6.7)

Общие потери холостого хода двигателя, Вт

Ро1=с2(Рм1+Рс)=1.05*(26.3+2.6) = 30.3Вт (6.8)

Активная составляющая тока холостого хода

А (6.9)

Потери в меди обмоток статора в рабочем режиме

Рм1=R1.75+Rв.75=0.605*53+0.0697*262=50.3 Вт (6.10)

Потери в обмотке ротора

Рм2== 0.3*0.605*286 = 52 Вт (6.11)

где =0.3 - коэффициент.

Общие потери в двигателе

с3(Ро1+Рм1+Рм2)= 1.1*(30.3+50.3+52) = 145 Вт (6.12)

где с3=1,1 - коэффициент, учитывающий добавочные потери.

Потребляемая двигателем мощность

Р1=Р2+=52+145=197 Вт (6.13)

Коэффициент полезного действия

%= = 0.264 (6.14)

Коэффициент мощности двигателя

= = 0.820 (6.15)

где=0.4 - отношение мощности вспомогательной обмотки к мощности рабочей обмотки.

Номинальный вращающий момент двигателя

М2=9,55=9.55*= 0.340 Нм (6.16)

7. Тепловой расчет двигателя

Превышение температуры ротора, оС

== 42 (7.1)

где =40 Вт/м град. - температурный коэффициент;

Круговая частота вращения ротора

== 4.78 м/с; (7.2)

Поверхность охлаждения активного слоя ротора

Sa=3.14*0.0626*0.0315= 0.00619 м (7.3)

Превышение температуры статора,

== 62.2 оС (7.4)

где = 82 Вт/м оС. - температурный коэффициент.

Поверхность охлаждения обмотки возбуждения.

в==3.14*0.105*0.0315 =0.0104 м (7.5)

Заключение

В данной курсовой работе был осуществлен поверочный расчет одного из самых распространенных асинхронных двигателей малой мощности, типа ЭКС 18 который широко используется в электробытовой технике. В данной курсовой работе были определены его основные размеры и параметры, а именно: расчетная мощность, внутренний диаметр полюсов, длина и диаметр ротора, и многое другое. Выполнены расчеты основных размеров двигателя; обмотки статора, его пазов и зубцов; короткозамкнутого ротора с «беличьей клеткой». А также было рассчитано сопротивление пусковой и рабочей обмоток статора, колец и стержней ротора. Определены МДС двигателя, его потери и КПД. Произведен тепловой расчет двигателя. В конце поверочного расчета было получено значение произведения ?cos? двигателя, совпадающее с табличным данным, взятое в начале за базовое. Это означает, что расчет двигателя выполнен правильно.

Список использованных источников

1. Ермолин Н.П. Расчет коллекторных машин малой мощности. Изд. 2-е. Л., «Энергия», 1973.

. Морозов А.Г. Расчет электрических машин постоянного тока. М, «Высшая школа», 1972.

. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин. Изд. 3-е. М., «Энергия», 1969.

. Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. М, «Высшая школа», 1970.

. ГОСТ 7019-60. Размеры круглых обмоточных проводов.

. ГОСТ 802-52. Сталь электротехническая листовая.

. ГОСТ 6636-69. Номинальные диаметры и длины в машиностроении.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И СПОРТА УКРАИНЫ Донецкий политехнический техникум КУРСОВАЯ РАБОТА ПОЯСНИТЕ

Больше работ по теме: