Методичка: Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.М. ДЖАМБУЛАТОВА

Инженерный факультет

Кафедра: «Сельскохозяйственные машины и технология конструкционных материалов»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Учебно-методическое пособие

для выполнению курсовой работы по теме

«Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя» для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 35.03.06. «Агроинженерия» и 13.03.02. «Электроэнергетика и электротехника»

Махачкала, 2015 г.

УДК 631.371:621.311

Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы по дисциплине «Электрические машины»

Составители: И.И. Кузнецова, Л.Г. Далгатова

Представлено техническое задание и даны методические указания по расчету в соответствии с программой дисциплины «Электрические машины». Сформулированы задачи курсовой работы и приведены технические параметры, необходимые для расчетов асинхронных двигателей серий 4А и АИР.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 35.03.06. «Агроинженерия» и 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Учебно-методическое пособие утверждено на заседании кафедры Сельскохозяйственные машины и ТКМ (протокол №5 от 20января 2015г.) Рекомендовано к печати методической комиссией инженерного факультета (протокол №5 от 27 января 2015г.) и Методсоветом ДагГАУ им. М.М. Джамбулатова (протокол № 6 от 18 февраля).

Рецензенты: Проф. каф. «Физика твёрдого тела» ДГУ, доктор физико-математических наук М.М. Хамидов

Зав. каф. «Автомобильный транспорт» ДагГАУ им.М.М. Джамбулатова, к. т. Наук, доц. Т.А. Астемиров

© Л.Г. Далгатова и др., 2015

© Дагестанский ГАУ, 2015

Введение

Асинхронный двигатель - электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой меньше частоты вращения электромагнитного поля и зависит от нагрузки. Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее широко применяемой, простой по конструкции и надёжной в эксплуатации электрической машиной.

Производство современных электрических машин и других не менее сложных электротехнических устройств, требует применения все более совершенных материалов, а их проектирование должно опираться на результаты последних исследований, связанных с электромашиностроением. Экономия потребляемой электроэнергии и стремление к уменьшению капитальных затрат на электропривод различных объектов постоянно требуют новых усовершенствований.

В последнее время, наблюдается большой прогресс практически во всех отраслях электромашиностроения. Особенно это относится к разработке новых асинхронных машин: разработанная в 90-х г. серия асинхронных машин РА (RA) и ее модификации имеют большую конкурентоспособность не только в нашей стране, но и за рубежом; разрабатываются новые серии и модификации асинхронных машин, в том числе для нужд ветро- и гидроэнергетики.

И в данном методическом пособии по теме «Расчет трёхфазного асинхронного двигателя» и в одном из последних вопросов проектирования электрических машин в учебном пособии, на базе которого и с непосредственным использованием которого [1], представлены лишь основные сведения по асинхронным машинам серии 4А и АИР, еще выпускаемым промышленными предприятиями.

В данном пособии представлены техническое задание и требования к оформлению курсовой работы. Кроме того, в пособии собрано большое количество рекомендаций по принятию инженерно-технических решений, а также данные, необходимые при проведении расчетов. Это позволяет сократить число используемых при учебном проектировании пособий и методических указаний. Особое внимание уделено техническим вопросам расчета обмоток трехфазных асинхронных двигателей, конструкционному расчету их отдельных элементов и узлов, а также использован ряд исследований самого автора в вопросе проектирования электрических машин.

Учебное пособие предназначено для выполнения курсовой работы по расчету параметров электрических машин на стадии изучения электромагнитных и электромеханических преобразований с минимальным использованием средств вычислительной техники.

1. Требования к оформлению курсовой работы

Курсовая работа содержит расчетно-пояснительную записку и графический материал, выполненный на основании этих расчётов.

Образец оформления титульного листа курсовой работы представлен в приложении 1. На второй странице должно быть содержание работы.

Текстовая часть расчетно-пояснительной записки пишется на листах формата А4 (210 х 297 мм). Объем расчётно-пояснительной записки составляет 25-30 страниц в рукописном варианте.

Расчетные формулы первоначально записываются в общем виде, символами, принятыми в ГОСТ. Затем в место символов подставляются числовые значения, указывается результат расчета и размерность определяемого параметра. Каждой формуле присваивается номер, который записывается арабскими цифрами в круглых скобках в крайнем правом положении. Пояснение символов формулы с указанием их размерностей даются под формулой в той последовательности, в которой они приведены в формуле. Первая строка пояснения начинается с начала строки со слова «где» без двоеточия после него.

Нумерация рисунков и таблиц осуществляется по тексту пояснительной записки. В конце курсовой работы нужно привести список использованной литературы. Список литературы записывается в той последовательности, в которой дается ссылка на литературу в тексте. Ссылки в тексте на литературу задаются в косых скобках, например, / 3 /.

Расчетно-пояснительная записка должна быть сброшюрована и все листы должны быть пронумерованы в правом нижнем углу рамки (на первом листе номер не указывается).

Каждый пункт расчета начинается с описания параметра, который рассчитывается, с указанием соответствующих ссылок, если это необходимо. Пояснение значений символов и числовых коэффициентов в формулах следует приводить непосредственно под формулой в той же последовательности, в какой они даны в формуле.

Записка должна содержать нижеперечисленные разделы.

1. Техническое задание.

2. Выбор главных размеров.

3. Расчет зубцовой зоны и параметров обмоток:

1) статора;

2) ротора.

4. Поверочный расчет

1) расчет магнитной цепи;

2) расчет параметров рабочего режима;

3) расчет индуктивного сопротивления обмоток;

4) расчет потерь;

5) расчет рабочих и пусковых характеристик;

6) тепловой и вентиляционный расчет.

5. Сравнительный анализ спроектированного двигателя.

По результатам технических расчетов выполняется графическая часть проекта. Графический материал включает в себя следующее:

1) схема обмотки статора;

2) схема обмотки фазного ротора;

3) эскизы пазов статора и ротора в штампе;

4) графики рабочих, пусковой и механической характеристик.

Графики характеристик и эскизы пазов выполняются в пояснительной записке и обозначаются как иллюстрации. При изображении графиков характеристик разрыв осей не допускается; все рабочие характеристики изображаются на одном графике (с несколькими осями ординат), пусковая и механическая характеристика выполняются также на одном графике (с двумя осями абсцисс). Развернутые схемы обмоток могут выполняться как в пояснительной записке в виде иллюстраций, так и на отдельных листах формата А3 (297х420 мм) по всем правилам оформления чертежей. В случае проектирования двигателя с короткозамкнутым ротором построение развернутой схемы короткозамкнутой обмотки не требуется.

2. Техническое задание

Техническое задание на курсовое проектирование состоит из индивидуальной части, общих условий и задания на специальную разработку.

Индивидуальная часть представляет собой четырехзначный цифробуквенный шифр и характеризует электротехнические параметры проектируемой машины, а также ее тип в аналогии с уже существующими сериями асинхронных машин.

Общая часть характеризует климатическое исполнение, категорию размещения, условия окружающей среды и режим работы проектируемой машины независимо от индивидуальной части задания.

Задание на специальную разработку может характеризовать отличия проектируемой машины от существующих серий асинхронных машин, вносить изменения на исполнение по защите от окружающей среды, по монтажу и охлаждению, на климатическое исполнение и категорию размещения, присоединительные и габаритные размеры, а также изменения по содержанию курсового проекта. Задание на специальную разработку может не указываться.

Первый знак шифра индивидуального задания определяет тип проектируемой машины, аналогичный уже существующим сериям асинхронных машин, исполнение по защите от окружающей среды, по монтажу и охлаждению согласно табл. 1:

Таблица 1. Расшифровка первого знака шифра - тип и исполнение машины

4А и АИР - трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором закрытого исполнения (IP44 или IP54) в соответствии с сериями асинхронных машин 4А и АИ с увязкой мощности и высоты оси вращения по стандарту РС-3031, действующему на территории Российской Федерации;

4АН и АИРН - то же, но защищенного исполнения (IP23);

4АНК и АИРНФ - то же, но защищенного исполнения (IP23) и с фазным ротором;

АИРФ - трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором закрытого исполнения (IP44);

IM1001 - конструктивное исполнение: на лапах, с двумя подшипниковыми щитами, вал горизонтальный с одним цилиндрическим концом для сочленения с механизмами [4, с. 23];

IP23, IP44, IP54 - согласно [4, с. 27-28];

IC01, IC0141 - согласно [4, П8, с. 743-745].

В асинхронных машинах АИРН и АИРНФ с охлаждением IC01 перемешивание воздуха осуществляется с помощью вентилятора, расположенного на валу; в других сериях асинхронных машин с IC01 - за счет вентилирующего действия выступающих частей ротора, воздух внутри машины направляется диффузорами.

Второй знак шифра - число пар полюсов машины p, характеризующее синхронную частоту вращения магнитного поля, об/мин, по формуле

, (1)

где f1 - частота напряжения питающей сети, Гц.

При частоте питающей сети f1 = 50 Гц n1 можно определять по упрощенной формуле:

(2)

Третий знак шифра определяет напряжение фазы статора и частоту питающей сети, а также в зависимости от напряжения питающей сети, к которой будет присоединен двигатель, схему соединения обмоток статора. Определение данных параметров производится согласно табл. 2 (в скобках указано число выводных концов в выводной коробке асинхронных машин с фазным ротором).

Таблица 2. Расшифровка третьего знака шифра - напряжение фазы статора

Четвертый знак шифра определяет номинальную мощность асинхронного двигателя из стандартного ряда шкалы мощностей по ГОСТ 12139-84 согласно табл. 3:

Таблица 3. Расшифровка четвертого знака шифра - номинальная мощность