Разработка асинхронного двигателя для подъмного механизма мощностью 11 кВт.

Введение 4
1. Электромагнитный расчет 14
1.1. Исходные данные 14
1.2. Выбор основных размеров статора 14
1.3. Расчёт обмотки статора 16
1.4. Расчёт размеров зубцовой зоны статора 19
1.5. Расчёт ротора 21
1.6. Расчёт магнитной цепи 26
1.7 Параметры рабочего режима 28
1.8 Расчет потерь 34
1.9 Расчёт рабочих характеристик 37
1.10. Расчет номинального режима и пусковых характеристик 40
1.11 Тепловой расчет 44
1.12 Расчет вентиляции. 47
2. Специальная часть 47
2.1 Теоритические основы статического и динамического расчета асинхронного привода 47
2.1.1. Статический расчет 47
2.2.2 Структурная и функциональная схемы системы. Расчет динамических характеристик 50
2.2. Исследование работы электропривода с использованием методов математического моделирования 57
Заключение 60

Весь текст будет доступен после покупки

Развитие электропривода в различных его исполнениях и автоматизированных систем управления к подъёмным машинам определяется достижениями в области машиностроения, силовой преобразовательной техники и техники автоматического управления. Вследствие известных преимуществ электропривод постоянного тока и в широко применяется, особенно в безредукторном исполнении. Основная тенденция по компоновке и исполнению двигателя намечается в направлении исключения промежуточных устройств между двигателем и подъёмной машиной. На первом этапе это консольное исполнение двигателя. На втором ? объединение функций приводного двигателя и подъёмной машины в одном агрегате, где роль органа навивки и канатоведущего шкива будет выполнять элемент двигателя. Широкое применение тиристорных преобразователей в приводе обуславливает переход на двигатель с шихтованной станиной, следствием чего является улучшение технико?экономических показателей привода. Наиболее широкое применение имеет привод по системе тиристорный преобразователь ? двигатель на основе двухкомплектного тиристорного преобразователя с раздельным управлением, или схеме привода с нереверсивным силовым преобразователем якорной цепи и реверсивным в обмотке возбуждения. Для подъёмных установок оказывается предпочтительным применение привода с реверсором возбуждения, имеющего минимальную стоимость и наименьшие массогабаритные показатели. Значительно шире будут применяться системы тиристорный преобразователь частоты ? асинхронный двигатель.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1. Исходные данные
В связи с тем, что проектируемый двигатель является электроприводом подъемника исходные данные для проектирования диктуются параметрами. А именно:
Номинальная мощность Рн = 11 000 Вт;
Номинальное напряжение Uл = 220 В;
Номинальная частота f =50 Гц;
Число фаз m =3;
Число пар полюсов 2p =4;
Синхронная частота вращения n = 1000 мин-1.;
Высота оси вращения h = 132 мм.;
Степень защиты: корпуса - IP44;
Система охлаждения по ГОСТ 20459-74: ГСО141;
Способ монтажа IM1001.
1.2. Выбор основных размеров статора
Внешний диаметр статора (предварительно).
Внешний диаметр статора определяется высотой оси вращения электродвигателя h являющейся расстоянием от оси вращения до опорной плоскости электрической машины. Часто, высотой оси вращения называют габарит электродвигателя (рис.1).

Рис. 1. Высота оси вращения электродвигателя.
Из ряда высот осей вращения по ГОСТ 13267–73 принимают ближайшее к предварительно найденному меньшему стандартному значению h. Следует иметь в виду, что ГОСТ определяет стандартные высоты осей вращения независимо от назначения и конструктивного исполнения асинхронных двигателей, поэтому высота оси вращения любого проектируемого двигателя должна быть равна одному из этих значений. Таким образом, по ГОСТ 13267-73 [1] h = 132 мм.
D_a=0,233мм. (1)
Внутренний диаметр статора
D=K_D*D_a=0,64*0,233=0,149 м. (2)
где KD - коэффициент, характеризующий отношение внутренних и внешних диаметров сердечников статора. Из[1] выбираем KD = 0,64.
Полюсное деление:
?=(?*D)/2p=(3,14*0,149)/4=0,117 м. (3)
1.2.4. Расчетная мощность
P=P_н K_Е/(?*cos?)=11000*0,97/(0,85*0,8)=1,568 Вт. (4)
где Рн - мощность на валу двигателя, Вт;
КЕ - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению [1], КЕ=0,97;
? и cos? - примерное значение КПД и коэффициента мощности [1],
? = 0,85 и cos? = 0,8.
Электромагнитные нагрузки (предварительно) [1] при высоте оси вращения h = 132 мм, 2p = 4, Da = 0,233 мм.
А = 27*103 А/м.
B? = 0,87 Тл.
Обмоточный коэффициент (предварительно)
Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки при 2р = 4 (предварительно) выбирается по [1]
Коб1 = 0,96
Расчетная длина магнитопровода определяется по [1]:
l_?=P/(k_B*D^2*?*k_об1*A*B_? ) (5)
l_?=(1,568?10^3)/(1,11*0,149*157,08*0,96*2,7*10^4*0,87)=0,179 м.
где KB – коэффициент формы поля в воздушном зазоре, KB = 1,09 - 1,11.
? - синхронная угловая скорость двигателя,
?=2? n_1/60 или ?=2? f_1/p=2? 50/4=157,08 рад/с. (6)
Коэффициент формы поля, принимаем исходя из того, что оно синусоидально, а влияние уплощения учтем при расчете магнитного напряжения отдельных участков магнитной цепи.
k_B=?/(2*v2)=1,11 (7)
Критерий правильности выбора главных размеров D и l?:
?=l_?/?=0,179/0,117=1,532 (8)
где ? находится в пределах показанных на [1] . Допустимые пределы (0,9... 1,7).
Конструктивная длина сердечника статора:
Для асинхронных электродвигателей значение lб принимается равное
l1 = lст1 = lб = 0,179 м.
Сердечники шихтуются в один пакет. При этом конструктивная длина и длина стали сердечника статора равны [3].
1.3. Расчёт обмотки статора
При расчёте обмотки статора определяется число пазов статора, число витков в фазе обмотки и сечение проводника. При этом число витков фазы обмотки статора должно быть таким, чтобы линейная нагрузка двигателя и индукция в воздушном зазоре как можно более близко совпадали с их значениями принятыми предварительно при выборе главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки. Предварительно была выбрана двухслойная обмотка.
Число пазов статора.
Число пазов статора определяется как значение между минимальным и максимальным значением пазового деления:
tZ1min = 0,011 м. - минимальное значение пазового деления [1]
tZ1max = 0,014 м. - минимальное значение пазового деления [1].

Z_1min=?D/t_Z1max =(3,14*0,149)/0,014=33,46, (9)
Z_1max=?D/t_Z1min =(3,14*0,149)/0,011=42,59,
Уточнённое число пазов статора выбираем с учётом условий, налагаемых требованиями симметрии обмотки, и желательно получения целого числа пазов на полюс и фазу:
Z_1=2p*m*q=4*3*3=36, (10)
где число фаз m=3, q – число пазов на полюс, q=Z_1max/(2*p*m) =1,18.
Принимаем q = 3.
Зубцовое деление статора (окончательно)
t_Z1=?D/(2p*q*m)=(3,14*0,149)/(4*3*3)=0,013 м. (11)
Число эффективных проводников в пазу (при условии, что параллельные ветви обмотки: а = 1)
u_n^'=?DA/(I_1ном*Z_1 )=(3,14*0,149*2,637?10^4)/(24,51*36)=14,335 (12)
где I1ном - номинальный фазный ток
I_1ном=P_н/(m*U_1ном*?*cos?)=11000/(3*220*0,85*0,8)=24,51 А. (13)
Принимаем число параллельных ветвей: а = 1.
u_п=a*u_п^'=1*14,335=14,34 (14)
Принимаем uп = 14.
Окончательное число витков в фазе [1]
w_1=(u_n*Z_1)/(2*a*m)=(14*36)/(2*1*3)=84 (15)
Окончательное значение линейной нагрузки [1]
A= (2*I_1ном*w_1*m)/?D=(2*24,51*84*3)/(3,14*0,149)=2,637?10^4 А/м. (16)
Магнитный поток [1]:
Ф= (k_E*U_1)/(4*k_B*w_1*k_об1*f_1 )=(0,97*220)/(4*1,11*84*0,96*50)=0,012 Вб (17)
где kоб1 - обмоточный коэффициент по [3] принимаем kоб1 = 0,96:
Индукцию в воздушном зазоре примем (окончательно):
B_б=(Ф*p)/(D*l_б )=(0,012*2)/(0,149*0,179)= 0,891 Тл. (18)
Полученное значение Bб входит в пределы рекомендуемой области. Сечение эффективного проводника определяется, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке. С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки.
Увеличение потерь сказывается, во-первых, на повышение температуры обмотки, и, во-вторых, на КПД двигателя. В асинхронных двигателях общего назначения при принятой в них системе косвенного охлаждения влияние плотности тока на нагрев обмотки более существенно, чем на КПД.
Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока. Поэтому выбор допустимой плотности тока производят с учётом линейной нагрузки.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Копылов, И. П. Проектирование электрических машин в 2 ч. Часть 1: учебник для академического бакалавриата / И. П. Копылов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 490 с. — (Серия : Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-08701-7.
2. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник/ А. Э. Кравчик и др. –М.:Энергоатомиздат 1982. – 504 с.
3. Курбасов А. С., Седов В. И, Сорин Л. Н. Проектирование тяговых электродвигателей: Учеб. пособие для вузов. ж.-д. транспорта / Под ред. А.С. Курбасова – М: Транспорт, 1987.- 536 с.
4. Беспалов А.В. Проектирование асинхронного двигателя общего назначения с короткозамкнутым ротором: Учебное пособие для курсового проектирования. — Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гуманит. ун-та, 2012. — 154 с.
5. Инженерное проектирование электрических машин: Учеб. для вузов/О.Д. Гольдберг, Л.Н. Макаров, С.П. Хелемская 2016-526с.

Весь текст будет доступен после покупки