Диплом: Проектирование двухскоростного асинхронного двигателя для привода деревообрабатывающих станков
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
Проектирование двухскоростного асинхронного двигателя для привода деревообрабатывающих станков.Выпускная квалификационная работа (Дипломный проект)Подготовил студент ЗФ, 6-ого курса, группы 1801, Полукаров А.Н. Самарский государственный технический университет Кафедра: “Электромеханика и нетрадиционная энергетика” Самара 2006г. Цель разработкиРассчитать и сконструировать двухскоростной асинхронный двигатель с полюсопереключаемой обмоткой статора.Исходные данныеЧастоты вращения: большая при  меньшая  при  Схема соединения фаз обмотки статора: Y/YY Исполнение: а) по степени защиты – IP44 б) по сист. охлаждения – ICO141 в) по способу монтажа – IM20 Номинальное напряжение: Uном = 220В Частота сети: f = 50Гц Основные источники для разработки«Проектирование электрических машин», под ред. Копылова.«Обмотки электрических машин», Г.К. Жерве «Технология производства асинхронных двигателей», В.Г. Костромин «Шумы и вибрация электрических машин», Н.Г. Шубов Содержание расчётно-пояснительной запискиВведение.Электромагнитный расчёт. Тепловой расчёт. Механический расчёт вала. Технология изготовления обмоток статора. Вопросы стандартизации. Вопросы экологии. Шум и вибрация электрических машин. Экономическая часть. Вопросы охраны труда. ВведениеАсинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна, высокие энергетические показатели, простота обслуживания) являются наиболее распространёнными среди всех электрических машин. Они – основные двигатели в электроприводах практически всех промышленных предприятий.Рассматриваемый в данной дипломной работе двигатель – многоскоростной, а именно – двухскоростной. Многоскоростные двигатели обычно выполняются с короткозамкнутым ротором. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проще по устройству и обслуживанию, а так де дешевле и легче в работе, относительно двигателей с фазным ротором. Многоскоростные двигатели применяются в металлорежущих и деревообрабатывающих станках, в грузовых и пассажирских лифтах, для приводов вентиляторов и насосов, и в ряде других случаев. Область применения таких двигателей очень широка. Проектируемый двигатель используется в деревообрабатывающем производстве в приводах деревообрабатывающих станков. Деревообрабатывающие производства относятся к помещениям II класса по огнестойкости категории В (К категории В относятся производства связанные с обработкой твёрдых сгораемых веществ и материалов, а так же жидкостей с температурой возгорания выше 120ºС.), поэтому двигатель имеет закрытое исполнение IP44. Наиболее часто применяются на практике полюснопереключаемые обмотки соотношением числа полюсов 1:2. Полюснопереключаемая обмотка для скоростей 1:2 выполняется, как правило, в виде двухслойной петлевой обмотки, так как однослойная обмотка даёт менее благоприятные кривые полей. Каждая фаза обмотки с переключением числа пар полюсов в отношении 1:2 состоит из двух частей, или половин, с одинаковым количеством катушечных групп в каждой части. Шаг обмотки при 2p1 полюсах, как правило, выбирается равным полюсному делению при 2p2 полюсах. Удвоенное число полюсов получается при изменении направления тока в одной из двух частей каждой фазы, что делается путём переключения этих частей. Полюсное деление при этом будет равно половине полюсного деления при меньшем числе полюсов. При переключении многоскоростной обмотки магнитные индукции на отдельных участках магнитной цепи в общем случае изменяются, что необходимо иметь ввиду при проектировании двигателя, чтобы, с одной стороны, добиться по возможности более полного использования материалов двигателя, а с другой стороны – не допустить чрезмерного насыщения цепи. Масса и стоимость многоскоростных двигателей несколько больше, чем масса и стоимость обычных односкоростных асинхронных двигателей. Электромагнитный расчёт1.1. Выбор главных размеровВысота оси вращения h=112ммDa=0,197м (см. табл. 9.8 «Проектирование электрических машин», под ред. И.П. Копылова) Внутренний диаметр статора: D=kd*Da=0,55*0,197=0,1084 м, где kd=0,55 (по табл. 9.9) Полюсное деление τ: τ=πD/2p=π*0,1084/2*1=0,1703 м Расчётная мощность:  kE=0,97 по рис. 9.20; η=0,86; Cos φ=0,86 по рис. 9.21a Электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 9.22а: А=24*103 А/м; Bδ=0,75Тл. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки:  ;  Расчётная длина магнитопровода:  [Ω=2πf/p=2π*50/1=314,2]; kB=1,11. Отношение  немного превышает рекомендуемое значение. 1.2. Определение Z1, W и площади поперечного сечения провода обмотки статораПредельное значение tz1 (по рис. 9.26):tz1max=0,016 м tz1min=0,013 м Число пазов статора:   Принимаем Z1=24, тогда q1=Z1/2pm=24/2*1*3=4 Зубцовое деление статора (окончательно):  Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии а=1):   Принимаем а=2, Uп=2*22=44 Окончательные значения: число витков в фазе  линейная нагрузка  магнитный поток  для двухслойной обмотки двухскоростного асинхронного двигателя   индукция в воздушном зазоре  Значения А и Bδ находятся в допустимых пределах (см. рис. 9.22,a). Плотность тока в обмотке статора (предварительно)  A по п.14 23,814*103; (AJ1)=140*109 по рис. 9.27,а 16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно),   Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем nэл=1, тогда qэл=qэф/nэл=1,306 мм2 принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ (см. приложение 3) dэл=1,32; qэл=1,368; qэф= nэл*qэл=1*1,368=1,368 мм2; dэл.из.=1,405 мм Плотность тока в обмотке статора (окончательно):  1.3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазораПринимаем предварительно по табл. 9.12Bz1=1,9; Ba=1,55; тогда  kc=0,95 по табл. 9.13 для оксидированной стали марки 2013.  Размеры паза в штампе: bш1=3,5; hш1=0,545о     Размеры паза в свету с учётом припуска на сборку:   площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки:    Коэффициент заполнения паза  Полученное значение kз допустимо для механизированной укладки. 1.4. Расчёт ротораВоздушный зазор принимаем δ=0,5*10-3м (по рекомендации табл. 9.9; Гольдверг «Проектирование электрических машин») Число пазов ротора. Z2=18 по табл. 9.18 со скосом пазов. Внешний диаметр ротора  Длина магнитопровода  Зубцовое деление ротора  Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, тк сердечник ротора непосредственно насаживается на вал   (по табл 9.19)Ток в обмотке ротора.  где   пазы выполняются со скосом     ; bск- скос пазов = tZ2Площадь поперечного сечения стержня (предварительно)  Плотность тока J2 принимаем J2=3*106 A/м2 Паз ротора определяем по рис. 9.40a принимаем bш2=1,5мм; hш2=0,75мм; h’ш2=0   - принимаем по табл. 9.12 ;  - дополнительная ширина зубцаРазмеры паза    Уточняем ширину зубцов ротора  b//2 = π  - b2 = π  - 6,8 = 7,8 ммhn2= hш2 +  + h1 +  = 0,75+  + 6,6 +  = 15,3 ммb//Z2 = b/Z2 = 7,8 мм Принимаем b1 = 9,1 мм; b2 = 6,8 мм; h1 = 6,6 мм Площадь поперечного сечения стержня: qc =  =  (9,12+6,82) +  (9,1+6,8) ∙6,6 = 103,15 ∙10-6 м2Плотность тока в стержне J2 = I2/qc = 310,26/103,15 ∙10-6 = 3∙106 А/м Плотность тока не изменилась. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения кольца. qкл =  =  = 350,33 мм2Iкл =  =  = 893,35 А∆= 2sin  = 2sin  = 2sin  = 0,3473Iкл = 0,85 ∙I2 = 0,85 ∙ 3 ∙106 = 2,55 ∙106 А/м2 Размеры короткозамыкающих колец hкл = 1,25 hn2 = 1,25 ∙ 15,3 = 19,125 мм bкл = qкл/ hкл = 350,33/19,125 = 18,32 мм qкл = hкл ∙ bкл = 19,125 ∙18,32 = 350,37 мм2 Dк.ср = D2 - hкл = 107,4-19,125 = 88,275 мм 1.5. Расчет магнитной цепи для 2р= 2Магнитопровод из стали 2013; толщина листов 0,5 мм.Магнитное напряжение воздушного зазора Fδ =  =  = 724,62 АКδ = Кδ1 ∙ Кδ2 = 1,168∙ 1,031 = 1,204 Кδ1 =  =  = 1,168j1 =  =  = 4,083Магнитное напряжение звуковой зоны статора FZ1 = 2hZ1 ∙ HZ1 = 2 ∙16,46 ∙10-3 ∙ 1950 = 68,14 А где hZ1 = hn1 = 16,46 (см. п. 20 расчета) HZ1 = 1950 А/м Расчетная индукция в зубцах В/Z1 =  =  = 1,9Найдем расчетную напряженность методом последовательных приближений по формулам: В/ZХ = ВZХ+ М0НZX ∙ Knx = ВZХ+ 4π∙10-7∙ НZX∙ Knx Knx =  =  = 1,915где bnx =  =  = 10,825 ммbzx = bz1 = 5,95 мм 1,9 = 1,88+2,41 ∙ 10-6 ∙1950 = 1,885 Полученная точность расчета удовлетворяет требованиям, поэтому принимаем НZX = 1950А/м. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора. FZ2 = 2hz2∙ НZ2 = 2∙14,62 ∙10-3∙1980 = 57,9 А hz2 = hn2 -0,1 b = 15,3-0,1∙6,8 = 14,62 ВZ2 =  =  = 1,9Кс2 = 0,95 В/Z2х = ВZ2х+ М0НZ2X ∙ Kn2x = ВZ2Х+ 4π∙10-7∙ НZ2X∙ Kn2x Knx =  =  = 1,073bn2x = =  = 7,95 ммbz2x = bz2 = 7,8 мм В/Zх = ВZх+ 1,35 ∙ 10-6 ∙ НZX 1,9 = 1,885 +1,35 ∙ 10-6 ∙1980 НZ2X = 1980 А/м Полученная точность расчета удовлетворяет требованиям, поэтому принимаем НZX = 1950 А/м. Коэффициент насыщения зубцовой зоны КZ = 1+  = 1 +  = 1,17439. Магнитное напряжение ярма статора Fa = La ∙Ha = 265,7 ∙10-3∙ 630 = 167,391 А La = π  = π  = 265,7 ∙ 10-3 мНа = 630 А/м; Ва= 1,55 Тл Ва=  =  = 1,55 ТлМагнитное напряжение ярма статора Fa=La∙Ha=265,7∙10-3∙630=167,391A La = π  = π  = 265,7∙10-3 мHa=630A/м  Магнитное напряжение ярма ротора Fj = Lj ∙Hj = 95,9 ∙10-3∙ 440 = 42,2 А Lj = π  = π  = 95,9∙10-3 мhj=  =  = 15,745 ммhj=  =  = 30 ммВj=  =  = 1,44 ТлНj = 440 А/м по табл. П1..6. Магнитное напряжение на пару полюсов. Fц = Fδ +Fz1 +Fz2 + Fa + Fj = 724,62+68,14+57,9+167,391+42,2+1060,251 А Коэффициент насыщения магнитной цепи. Кμ = Fц/ Fδ= 1060,251/724,62 = 1,463 Намагничивающий ток  =  =  = 5,873 АОтносительное значение Iμ* = Iμ / I1ном = 5,873 / 15,36 = 0,3824 1.6. Параметры рабочего режима для 2р=2Активное сопротивление обмотки статораr1= KRρ115  =  = 0,522 ОмKR =1; ρ115 = 10-6/41 Ом∙м для медных проводников; для класса непревостойкости изоляции Fυрасч = 1150С. Длина проводников фазы обмотки: L1 =  ср∙W1 = 0,6654 ∙ 88 = 58,86 мср = 2( n1+ л1) = 2(0,1754 +n1 = 1 = 0,1754 м; n1 = Кл ∙ bкт ∙ 2В = 1,2 ∙0,11441 + 2∙0,01= 0,1573 м;bкт = π  = π  = 114,41 ммвыл = Квыл ∙ bкт +В = 0,26∙0,11441+0,01 = 39,747 ммгде В = 0,01 м по табл. 9.23; Кл = 1,2 Относительное значение r1 r1* = r1  = 0,522  = 0,0364Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора: r2 = rс+  = 82,95∙10-6+2  = 118,6∙10-6 Омrс = ρ115  =  = 82,95∙10-6ОмKR = 1; ρ115 = 10-6/20,5 (Ом∙м) для алюминиевой обмотки ротора. rкл= ρ115  =  = 2,15∙10-6 ОмПриводим r/2 к числу витков обмотки статора r/2 = r2  = 118,6∙10-6∙  = 0,3682Относительное значение r/2* = r/2 = 0,3682 = 0,0257Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора. X1 = 15,8  = 15,8  ∙ ∙(0,9926+0,7266+2,544) = 1,144 Омλn1 =  =  ∙ 0,625 = 0,9926h2 = h/n.к - 2bиз = 13,06-2∙ 0,3 = 12,46 мм; hк = 0,5(b1 – bш1_ = 0,5 (9,1-3,5) = 2,8 мм β = урасч/ τ = 7/12; при укорочении 1/3 ≤β≤2/3 К/β = 0,25 (6β-1) = 0,25 (6  -1) = 0,625Кβ = 0,25 (1+3∙ К/β) = 0,25 (1+3∙0,625) = 0,7187 ℓ/δ = ℓδ = 0,1754 м; h1 = 0 (проводники закреплены пазовой крышкой) λл1 = 0,34  = 0,34  = 0,7266;где ℓл1 = 0,1573 м λд1 =  ∙ξ =  = 2,544ξ = 2К/ск∙Кβ – К2об1(  )2∙(1+β2ск)= 2∙2,3∙0,71875-0,75982∙1,322(1+12) = 1,2944(tZ2/tZ1 = 18,74/14,2 = 1,32 по рис. 9.51(д) К/ск = 2,3; βск = 1) Относительное значение Х1* = Х1 = 1,144 = 0,08Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора. X2 = 7,9 f1∙ℓ/δ  = 7,9∙50∙0,1754∙ (1,2376 + 0,1387 + 2,6 + +0,8866) = 337∙10-6 Омгде по табл. 9.27 (см. рис. 9.52а) λn2=[  ]∙Kд+  = [  ] ∙1+  = 1,2376h0 = h1 + 0,4b2 = 6,6 + 0,4∙ 6,8 = 9,32 мм; qc = 103,15 мм2 Кд = 1 λл2 =  =  = 0,1387λд2 =  ∙ξ =  = 2,6При Z2/p≥10 можно принять ξ =1 γск = βск  = 1∙  = 0,69813Кск =  =  = 0,9798λск = (tZ2 ∙β2cк)/ (12Кδ∙Кμ) = (18,74∙12) / (12∙1,204∙1,463) = 0,8866 βcк = 1; Кμ = 1,463 Приводим Х2 к числу витков статора Х/2 = Х2  = 337∙10-6∙ = 1,046 ОмОтносительное значение Х/2* = Х/2 = 1,046 = 0,0731.7. Расчет потерь для 2р=2Потери в стали основныеРст. осн = ρ1,0 150 (  )β∙ (Kда ∙ В2а ∙ ma + KдZ ∙ В2Z1 ∙ mZ1) = 2,5∙(  )1,6∙ (1,6∙1,552∙19,23 +1,8∙1,92∙3,055) = 234,43 Вт[ρ1,0 150 = 2,5 Вт/кг для стали 2013 по табл.9.28] ma = π(Da-ha) ∙ha ∙ℓст1∙Кс1∙ γс = π(0,197-0,02784) ∙0,02784 0,1754∙0,95∙ 7,8∙103 = 19,23 кг. γс = 7,8 ∙103 кг/м3 – удельная масса стали Kда = 1,6; KдZ = 1,8; ВZ1 = 1,9 Тл; Ва = 1,55 Тл mZ1 = hZ1 ∙bZ1ср∙Z1 ∙ℓст1 ∙ Кс1∙ γс = 16,46 ∙10-3∙5,95∙10-3∙24∙0,1754∙0,95∙ 7,8∙103 = 3,055кг где bZ1ср = 5,95 мм = bZ1 Поверхностные потери в роторе Рпов2= рпов2(tZ2- bш2)∙Z2∙ℓст2 = 518,831∙(18,74-1,5)∙10-3∙18∙0,1754= 28,24 Вт рпов2 = 0,5К0,2(  )1,5 (В0,2 ∙tZ1∙103)2 = 0,5∙1,5(  )1,5 (0,4214 ∙ 0,0142 ∙103)2 = 518,831 Вт/м2,где К0,2 = 1,5 Вδ = 0,7563 Тл В0,2 = β0,2 ∙Кδ∙ Вδ = 0,35∙ 1,204 ∙ 0,7563 = 0,4214 Тл β0,2 = f(bШ1/δ) = 50(3,5/0,5) = 350 мм = 0,35 м Поверхностные потери в статоре. Рпов1= рпов1(tZ1- bш1)∙Z1∙ℓст1 = 61,67∙(14,2-3,5)∙10-3∙24∙0,1754= 2,78 Вт рпов1 = 0,5К0,1(  )1,5 (В0,1∙tZ2∙103)2 = 0,5∙15(  )1,5 (0,1366 ∙ 0,01874 ∙103)2 = 61,67 Вт/м2В0,1 = β0,1 ∙Кδ∙ Вδ = 0,15∙ 1,204 ∙ 0,7563 = 0,1366 Тл β0,1 = f(bШ2/δ) = 50(13,5/0,5) = 150 мм = 0,15 м Пульсационные потери в зубцах ротора. Рпул2 = 0,11(  )2mZ2 = 0,11(  )2 ∙ 2,668 = 16,3 Вт/м2Впул2 =  =  = 0,1035 ТлВZ2ср = 1,9 (п.37 расчета); γ1= 4,083 (п.35 расчета) mZ2 = Z2 ∙hZ2 ∙ bZ2ср ∙ℓст2 ∙ Кс2 ∙ γ2 = 18 ∙ 14,62∙10-3 ∙7,8∙10-3 ∙0,1754 ∙0,95 ∙7,8∙103 = 2,668 кг Пульсационные потери в зубцах статора. Рпул1 = 0,11(  )2mZ1 = 0,11(  )2 ∙ 3,055 = 1,385 ВтВпул1 =  =  = 0,0376γ2 =  =  = 1,125Сумма добавочных потерь в стали Рст. доб. = Рпов1 + Рпул1+ Рпов2 + Рпул2 = 2,78 +1,385+28,24+16,3 =48,705 Вт Полные потери в стали Рст. = Рст. осн. + Рст. доб = 234,43 + 48,705 = 283,135 Вт Механические потери Рмех = Кт(  )2 ∙ (10∙Dвент)3 = 2,9 (  )2 ∙(10∙0,197)3 = 199,544 ВтКт = 2,9 (для двигателей с аксиальной системой вентиляции), где Dвент≈ Dа, Dвент – наружный диаметр вентилятора. Холостой ход двигателя. IХ.Х. =  =  = 5,93 АIХ.Х.а =  =  = 0,8132 АРэ1хх = m∙ I2μ∙r1 = 3∙5,8732 ∙0,522 = 51,0146 Вт IХ.Х.р ≈ Iμ = 5,873 А Cosφx.x. = IХ.Х.а / IХ.Х. = 0,8132 / 5,03 = 0,1371 1.8. Расчет магнитной цепи для 2р=4Магнитное напряжение воздушного зазора.Fδ = =  = 681,314 АВδ =  =
|
|
Простая ссылка на эту работу:
Ссылка для размещения на форуме:
HTML-гиперссылка:
|
Добавлено: 2010.10.21 Просмотров: 1734 |
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
