Радзишевский Ю.А. Проектирование судовых асинхронных двигателей с к/з ротором (часть 1)
Подождите немного. Документ загружается.
КАМЧАТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СУДОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Учебное пособие по курсовому проектированию судовых
асинхронных двигателей с К.З. ротором для курсантов по
специальности 240600 Эксплуатация электрооборудования и
автоматики судов
Петропавловск-Камчатский
2008 г.
ББК 31.291
РАД 15
УДК 621.315
СОСТАВИЛ
КАНД. ТЕХ. НАУК, ДОЦ. РАДЗИШЕВСКИЙ Ю.А.
Доц. УШАКЕВИЧ А.А.
РЕЦЕНЗЕНТ
КАНД. ТЕХ. НАУК, ДОЦ. ФИЛЕВ В.С.
Методическое пособие по курсовому проектированию асинхронного
двигателя с к.з. ротором по дисциплине Электрические машины раз-
работано в соответствии с типовой программой по указанной дисципли-
не, утвержденной УМО по образованию в области водного транспорта
10.10.1996г.
ОБСУЖДЕНО
На заседании кафедры Электротехника и электрооборудование судов
1998г., протокол №
2
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1. Цель и задачи курсового проектирования
Целью курсового проектирования является углубленное изучение
теоретического материала по разделу “Асинхронные машины”; ознакомление
с основными приемами инженерной методики проектирования асинхронных
машин с к.з. ротором с учетом использования новейших достижений в области
их проектирования и производства; подготовка курсантов к самостоятельному
решению задач при расчете, изготовлении, ремонте и эксплуатации
асинхронных машин.
Задачей курсового проекта является расчет и конструирование
асинхронного двигателя с к.з. ротором согласно техническому заданию на
курсовой проект с учетом новых активных, конструктивных и изоляционных
материалов, опыта электромашиностроительных заводов в области
проектирования и изготовления асинхронных машин.
2. Организация проектирования
Курсовой проект курсант (студент) выполняет по индивидуальному
заданию (см. приложение 1), которое выдает руководитель курсового
проектирования. Сроки выполнения курсового проекта (семестр) указываются
в учебном графике.
Курсовой проект по асинхронным машинам состоит из двух частей:
электромагнитного и теплового расчетов (ч.1), конструирования и
механического расчета (ч.2). В настоящем методическом пособии приводятся
необходимые методические указания по выполнению электромагнитного и
теплового расчетов, а также необходимые пояснения и рекомендации по
разработке конструкции и выполнению механических расчетов асинхронных
машин общепромышленного применения.
На выполнение курсового проекта отводится приблизительно 14 недель.
Рекомендуется следующий график и последовательность выполнения
курсового проекта.
№
этапа
Наименование этапов работы Самостоят.
работа в час.
1. Введение 3
2. Определение главных размеров 5
3. Проектирование статора и ротора 10
4. Расчет магнитной цепи и намагничивающего тока. 4
5. Расчет сопротивлений обмоток двигателя 4
6. Расчет потерь мощности и КПД 4
7. Тепловой расчет 6
8. Расчет рабочих и механических характеристик 3
3
9. Описание конструкции двигателя 5
10. Механический расчет вала и выбор подшипников 10
11. Выполнение графической части проекта:
продольный и поперечный разрезы двигателя
32
12. Оформление расчетно-пояснительной записки 8
Итого: 96 часов
Законченные электромагнитный и тепловой расчеты следует представить
на проверку, и только после их утверждения можно приступать к выполнению
дальнейших разделов.
Графическая часть курсового проекта должна быть представлена в виде
сборочного чертежа: продольного и поперечного разрезов машины на одном
или двух листах формата А1. Чертежи необходимо выполнять в соответствии с
требованиями ЕСКД. Полностью оформленный курсовой проект
(пояснительная записка и чертежи) курсант (студент) обязан представить на
кафедру для окончательного заключения и получения разрешения на защиту
не позже срока, указанного в учебном графике. Курсовой проект курсант
(студент) защищает перед комиссией на кафедре Э и ЭОС .
Проектирование асинхронных машин - сложная задача, успешное
решение которой зависит, во-первых, от знания теории и конструкции асинхронных
машин, а во-вторых, от умения правильно использовать при проектировании
литературные источники, каталоги, ГОСТы и т.д.
Перед выполнением тех или иных разделов курсового проекта
необходимо внимательно ознакомиться с соответствующими разделами
настоящего учебного пособия, с учебной литературой, в которой излагается
данный материал, проработать методические указания, касающиеся данного
вопроса, и только после этого можно переходить непосредственно к расчетам.
Во время выполнения курсового проекта следует пользоваться
ГОСТами на электротехническую сталь, обмоточные провода, изоляцию и др.
4
3. Методические указания по оформлению проекта
Курсовой проект оформляется в виде расчетно-пояснительной записки
объемом 40-50 рукописных страниц текста и чертежей, выполненных на
стандартных листах чертежной бумаги формата А1.
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту должна быть
написана на стандартных листах белой писчей бумаги формата А4 от руки
темной (черной или фиолетовой) пастой (чернилами). В записке кратко, с
соответствующими пояснениями, излагается вся расчетная часть проекта. В
расчетно-пояснительную записку входят соответствующие схемы, эскизы,
графики, аккуратно выполненные на миллиметровой бумаге с соблюдением
масштаба.
Эскизы, графики и рисунки должны иметь подрисуночные надписи и
аккуратно подклеены (или выполнены непосредственно в тексте) в том месте
текста, где они упоминаются первый раз по тексту. Нумерация должна быть
сквозной, выполнена арабскими цифрами, например: Рис 1. Характеристика
холостого хода; Рис 2. Эскиз паза статора; и т.д.
Таблицы также нумеруются арабскими цифрами, например: “Таблица
1”, “Таблица 2” и т.д. Надпись “Таблица 1” помещается в правом верхнем
углу над таблицей и ее наименованием. Например:
Таблица 1. Спецификация заполнения паза статора.
Номер Наименование Число слоев
Позиции По ширине паза По высоте паза
При переносе таблицы на другую страницу указывается: “Продолжение
таблицы 1”. В пояснительной записке по тексту необходимо ссылаться на
соответствующие литературные источники, ГОСТы, каталоги и т.д.
Ссылки на литературу в тексте пояснительной записки обозначаются
следующим образом: [1], [2], [3], а не [Л1],[Л2].
Формулы в тексте записываются и расшифровываются следующим
образом, например, зубцовое деление статора, м:
t
D
Z
м
1
1
0 73
72
0 0318
,
,
,
где D - внутренний диаметр статора, м;
Z
1
- общее число пазов статора.
Расшифровку входящих в формулу величин необходимо давать в
записке только там, где они встречаются впервые.
Страницы пояснительной записки, включая листы с рисунками,
таблицами, схемами, диаграммами и т.д., нумеруют подряд арабскими
цифрами в правом верхнем углу листа. Начинать нумерацию страницы следует
с третьей страницы; первой страницей считается титульный лист.
Главы (разделы) и пункты расчетно-пояснительной записки следует
нумеровать арабскими цифрами следующим образом.
5
Примеры нумерации глав (или разделов):
1. Введение.
2. Электромагнитный расчет.
2.1.Выбор главных размеров. (Обозначает первый пункт второй главы)
2.2. Проектирование статора. (Обозначает второй пункт второй главы и т.д.)
Комплектуется расчетно-пояснительная записка в следующем порядке:
первый лист записки - титульный. Для курсового проекта титульный лист
может служить одновременно обложкой. Пример заполнения титульного листа
приведен в приложении Б.Второй лист пояснительной записки - задание на
выполнение курсового проекта. Задание выдается и подписывается
руководителем курсового проектирования и утверждается заведующим
кафедрой; третий лист пояснительной -“Содержание”. В нем приводится
наименование разделов и полный состав пояснительной записки.
Примечание. На всех листах текста расчетно-пояснительной записки
штамп и рамку можно не делать.
Состав расчетно-пояснительной записки.
1. Введение.
2. Электромагнитный расчет.
2.1 Определение главных размеров.
2.2 Проектирование статора.
2.3 Проектирование короткозамкнутого ротора.
2.4 Расчет магнитной цепи и намагничивающего тока.
2.5 Расчет параметров двигателя для номинального режима.
2.6 Расчет потерь мощности и КПД.
3. Тепловой расчет.
4. Расчет рабочих и пусковых характеристик двигателя.
5. Конструирование и механические расчеты.
5.1 Описание и обоснование выбранной конструкции.
5.2 Механические расчеты основных деталей и узлов.
5.3 Вентиляционный расчет.
Заключение.
Список использованной литературы.
Приложения.
В списке литературы указываются использованные в процессе работы
над проектом литературные источники, каталоги и ГОСТы.
Иллюстрации вспомогательного характера, результаты расчетов на ЭВМ,
спецификацию на сборочный чертеж асинхронной машины и т.д. необходимо
выносить в приложение .
В спецификацию сборочного чертежа следует помещать наименования
основных сборочных единиц, отдельных деталей, стандартных изделий и
материалов, входящих только в сборочный чертеж общего вида машины.
Образец спецификации приведен в приложении 2.; образец основной надписи
на чертежах с расшифровкой принятых условных обозначений приведен в
6
приложении 2.
4. Методические указания по выполнению разделов
курсового проекта
В этом части методического пособия приводятся алгоритмы расчетов,
пояснения и рекомендации по выполнению электромагнитного, теплового и
механического расчетов асинхронных двигателей общего применения с
высотой оси вращения до 355 мм. За основу приняты асинхронные двигатели
серии 4А мощностью до 400 кВт.
Во введении следует кратко отразить вопросы, связанные с применением
асинхронных двигателей в судовом электроприводе, а также в различных
областях народного хозяйства. Здесь же необходимо сформулировать задачу,
которая поставлена перед данным курсовым проектом.
Порядок выполнения разделов и подразделов курсового проекта 2, 3, 4 и
5 рекомендуется принять таким, как указано в разделе 3.
В разделе проекта “Конструирование и механические расчеты”
необходимо кратко описать конструкцию проектируемой асинхронной
машины, порядок разработки конструкции и выполнить только те механические
расчеты, которые указаны в задании.
В заключение необходимо дать общие выводы по проекту, оценить и
проанализировать полученные показатели спроектированной машины,
ориентируясь при этом на близкую по исходным данным машину серии 4А,
т.е. ориентируясь на аналог. Для этого необходимо предварительно подробно
ознакомиться по каталогам (или по другим справочным материалам) с
технико-экономическими показателями выбранного аналога.
4.1.Электромагнитный расчет
4.1.1. Определение главных размеров
Главными размерами асинхронной машины являются внутренний
диаметр статора D и расчетная длина воздушного зазора l
. Главными они
называются потому, что определяют, в основном, все остальные показатели
машины. От размеров D и l
и соотношения между ними зависят объем
активной части машины, ее масса, степень использования активной части,
технико-экономические и другие важные показатели машины.
Материал по определению главных размеров подробно изложен в [1, с
10-13, 163-169].
Наружный диаметр статора D
а
выбирается в зависимости от заданной
высоты оси вращения h по табл.1.
Таблица 1.
Высоты оси вращения электрических машин (по ГОСТ 13267-73) и
соответствующие им наружные диаметры статоров аинхронных
двигателей серии 4А.
7
h, мм 90 100 112 132 160 180 200 225 250 280
D
а
, м 0,149 0,168 0,191 0,225 0,27 0,313 0,35 0,39 0,44 0,53
Приведенные в данной таблице наружные диаметры статоров
нормализованы и соответствуют данным серии асинхронных двигателей 4А.
Внутренний диаметр статора D определяется по наружному диаметру D
a
через коэффициент пропорциональности K
D
, значения которого приводятся в
табл.2.
D K D
D a
.
Таблица 2.
Отношение К
D
=D/D
a
в двигателях серии 4А при различных числах
полюсов.
2р 2 4 6 8-12
К
D
0,52-0,58 0,64-68 0,7-0,72 0,74-0,77
Расчетная длина воздушного зазора l
определяется как:
,
1
2
/
АBKKD
P
l
ooB
где Р
’
- расчетная мощность, Вт;
D - внутренний диаметр статора, м;
- угловая частота вращения,
2
60
1
n
ад
с
,
р
;
К
В
- коэффициент формы поля, К
В
=1,11 ;
К
об1
- обмоточный коэффициент, выбираемый в зависимости от типа
обмотки статора. Для однослойных обмоток К
об1
= 0,95 0,96. Для
двухслойных обмоток при 2р=2 следует принимать К
об1
= 0,900,91 и при
большей полюсности К
об1
= 0,910,92.
А - линейная нагрузка, А/м;
В
- индукция в воздушном зазоре, Тл.
Расчетная мощность Р’ определяется по формуле:
P P
K
Cos
E
н н
' ,
2
Вт
где Р
2
- номинальная мощность, Вт;
К
Е
- коэффициент отношения ЭДС обмотки статора к
номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено
по Рис. 1.
н
- КПД машины, о.е. ;
Cos
н
- коэффициент мощности, о.е.
8
Рис.1. Примерные значения КПД и Cos:
a – двигателей мощностью до 30 кВт
б – двигателей мощностью до 400 кВт
в – Значение коэффициента k
e
.
Предварительный выбор линейной нагрузки А и индукции в воздушном
зазоре В
должен быть проведен особо тщательно, так как указанные
электромагнитные нагрузки определяют не только эффективность
использования объема активной части и расчетную длину машины l
, но и в
значительной степени характеристики машины. Допустимые уровни
электромагнитных нагрузок для конкретных машин определяются
допустимым нагревом активных частей, так как с ростом А и В
увеличиваются потери в единице активного объема машины. На основании
опыта проектирования и эксплуатации современных асинхронных двигателей
серии 4А установлены определенные диапазоны возможных значений А и В
,
при которых нагрев их активных частей не превышает допустимого нагрева
для принятого класса изоляции (см. рис.2).
9
в)
Рис.2. Электромагнитные нагрузки асинхронных двигателей серии 4А со
степенью защиты IP44 а) при высоте оси вращения h132мм; б) при
h=160250мм.
Критерием правильности выбора главных размеров D и l
служит
отношение
l
,
где - полюсное деление в м, вычисляемое по формуле :
D
p2
. ,м
Величина должна находиться в пределах, показанных на рис.3 для ис-
полнения машин IP44.
Рис. 3. Отношение =l
/ у двигателей серии 4А со степенью защиты IP44.
Если величина окажется больше допустимого верхнего предела, то
следует повторить расчет для ближайшей из стандартного ряда большей
10
а)