Методические указания к выполнению курсовых работ по предмету «электрические машины и электропривод» для студентов, обучающихся по направлению

Цель курсовой работы:

1. 
   Определить механические параметры
   
2. 
   Определить электрические параметры
   
3. 
   Построить механические харатеристики асинхронного электродвигателя.
   

3.1. Обосновать и объяснить график.

4. 
   Начертить по варианту схему метода пуска и написать сведения.
   

4.1. Их преимущества.
4.2. Недостатки.
4.3. Обосновать и объяснить схему.

5. 
   Вывод.
   

№
	n (об/мин)	h (мм)	Dα (м)	PН (кВт)	η%	Cosφ	Uн	A	λ		Метод пуск АД
	1480	228	0,398	37	88	91	380	37700	1,8	6,5	Прямой пуск реверсивная схема
	1485	226	0,396	45	87	90	380	37500	1,6	6,3	Звезда-треугольник
	1470	224	0,394	55	86	89	380	35700	2,2	6,2	Автотрансформатора
	1475	223	0,392	30	85	89	380	36600	1,7	6,1	С помощью реактора
	1420	229	0,398	22	84	85	380	36500	1,7	6,0	С помощью реостата
	1430	223	0,397	10	89	91	380	37300	2,2	6,4	С помощью тиристора
	1410	230	0,399	15	91	89	380	37200	2,1	7,0	Прямой пуск нереверсивная схема
	1390	222	0,4	45	92	90	380	38000	2,3	6,7	С помощью симистора
	1370	224	0,41	37	91	93	380	36800	1,9	6,3	Прямой пуск реверсивная схема
	1360	220	0,388	55	88	90	380	36700	1,7	6,4	Звезда-треугольник
	1350	225	0,378	45	87	89	380	35800	1,6	6,8	Автотрансформатора
	1485	225	0,368	22	88	91	380	37100	1,55	6,65	С помощью реактора
	1455	226	0,358	35	86	88	380	37200	1,75	6,55	С помощью реостата
	1465	227	0,398	18,5	85	87	380	37700	1,67	6,45	С помощью тиристора
	1320	228	0,42	37	65	69	380	37500	1,73	7,0	Прямой пуск нереверсивная схема
	1300	228	0,43	45	68	71	380	35700	1,72	6,3	С помощью симистора
	1310	226	0,44	55	69	75	380	36600	2,3	6,2	Прямой пуск реверсивная схема
	1325	224	0,4	30	71	74	380	36500	1,7	6,1	С помощью частотного преобразователя
	1315	223	0,41	22	73	77	380	37300	2,2	6,0	Прямой пуск реверсивная схема
	1475	229	0,39	10	75	75	380	37200	2,1	6,4	Звезда-треугольник
	1490	223	0,38	15	77	79	380	38000	2,3	7,0	Автотрансформатора
	1470	230	0,37	45	78	81	380	36800	1,9	6,7	С помощью реактора
	1390	222	0,36	37	79	82	380	36700	1,7	6,3	С помощью частотного преобразователя
	1395	224	0,365	55	82	84	380	35800	1,6	6,4	Прямой пуск реверсивная схема
	1478	220	0,375	45	83	85	380	37100	1,55	6,8	С помощью реостата
	1468	225	0,385	22	84	86	380	37200	1,75	6,65	С помощью тиристора
	1458	225	0,39	35	86	89	380	37700	1,67	6,55	Прямой пуск нереверсивная схема
	1448	226	0,38	18,5	88	91	380	36900	1,73	7,0	С помощью симистора
	1438	227	0,37	37	89	92	380	36850	1,72	5,58	С помощью частотного преобразователя
	1428	228	0,4	45	84	86	380	36950	2,3	5,5	Прямой пуск реверсивная схема
	1418	228	0,42	55	85	89	380	37150	2,4	5,7	Звезда-треугольник

Определение главных размеров

1.Число пар полюсов:  (1.1)

2. Высота оси вращения (предварительно): 
Принимаем ближайшее меньшее значение  и наружный диаметр статора асинхронного двигателя 
3. Внутренний диаметр статора:  ,
характеризует отношение внутреннего и внешнего диаметра асинхронного двигателя .
4. Полюсное деление: (1.2)
5. Расчётная мощность:
Вт, (1.3)
где  – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению ; h=0,9 и cosj=0,88 – значения КПД и коэффициента мощности АД .
6. Электромагнитные нагрузки (предварительно):
А=35∙10³=35000А/м;
В_d=0,8 Тл,
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно): k_об1=0,91 , .
8. Расчётная длина воздушного зазора:
, (1.4)
где коэффициент полюсного перекрытия α_s и коэффициент формы поля k_B в асинхронных машинах определяются степенью уплощения кривой поля в зазоре, возникающей при насыщении зубцов статора и ротора, и могут быть достаточно достоверно определены только после расчета магнитной цепи. Поэтому до расчета магнитной цепи удобнее рассматривать синусоидальное поле, а влияние уплощения учесть при расчете магнитного напряжения отдельных участков магнитной цепи. Основываясь на этом, значения коэффициентов предварительно принимают равными: синхронная угловая скорость вала двигателя: рад/с .
9. Критерием правильности выбора главных размеров D и служит отношение:  , (1.5)
полученное значение l находится в рекомендуемых пределах.
В результате проделанных вычислений получены значения высоты оси вращения h, внутреннего диаметра статора D, наружного диаметра статора D_α, расчётной длины воздушного зазора l_α и полюсного деления τ.
2. Определение z₁, w₁ и сечения провода обмотки статора
10. Предельные значения t₁ – зубцовое деление : t_1max = 14 мм; t_1min = 12 мм,
11. Число пазов статора:
; (2.1)

Принимаем Z₁ = 72, тогда число пазов на полюс и фазу:
(2.2)
где τ_z = Z₁/2p =12– полюсное деление, выраженное числом пазов.
Принимаем двухслойный тип обмотки, так как мощность двигателя более 15 кВт.
12. Зубцовое деление статора (окончательно):

м. (2.3)
13. Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии, что а = 1):

(2.4)
где  – номинальный ток обмотки статора:
А . (2.5)
14. Принимаем а = 3, тогда .
15. Окончательные значения:
число витков в фазе обмотки: (2.6)
линейная нагрузка: 
А/м; (2.7)

магнитный поток: Вб, (2.8)

для двухслойной обмотки
k_об1 = k_Р×k_у = 0,958×0,966 = 0,925;
k_Р – коэффициент распределения, при q = 4 k_Р = 0, 958;
k_у –коэффициент укорочения, k_у = sin (0,5π β)= 0,966
укорочение β = y/τ_z = 10/12 = 0,833 ≈ 0,83;
для
Индукция в воздушном зазоре:
Тл. (2.9)
Линейная нагрузка A и индукция в воздушном зазоре B_δ при принятом числе пазов Z₁ и эффективных проводников в пазу u_H находятся в рекомендуемых пределах, переходим к расчёту сечения эффективного проводника и обмоточного провода.
16. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):
А/м², (2.10)
Где (AJ₁)=203·10⁹ А²/м³ – среднее значение произведения (плотности тока на значение линейной нагрузки .
17. Сечение эффективного проводника (предварительно):
м²= 2,39 мм²; (2.11)
Принимаем число элементарных проводников n_эл = 3 и выбираем по таблице обмоточный провод ПЭТМ : d_эл = 1,06 мм – номинальный диаметр неизолированного провода; d_из = 1,14 мм – среднее значение диаметра изолированного провода; q_эл = 0,883 мм²–площадь поперечного сечения неизолированного провода,
q_эф = 3∙0,883 = 2,649 мм².
18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно):  А/м²=5,16 А/мм². (2.12)
3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Паз статора с соотношением размеров, обеспечивающим параллельность боковых граней зубцов.

Рис. 3.1. Паз статора
19. Принимаем предварительно  :
В_z1 = 1,9Тл - значение индукции на ярме статора; В_а = 1,6 Тл значение индукции на зубцах статора при постоянном сечении (всыпная обмотка), тогда:
ширина зубца:
мм, где (3.1)
- длина стали сердечников статора (в асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250-300 мм, радиальных вентиляционных каналов не делают, сердечники шихтуются в один пакет, для такой конструкции справедливо – коэффициент заполнения сталью магнит проводов статора и ротора асинхронных двигателей .
Высота ярма: мм. (3.2)
20. Размеры паза в штампе принимаем b_ш=3,7 мм – ширина шлица паза ; h_ш- высота шлица паза (так как h>160мм, то h_ш=1 мм ):
(3.3)
(3.4)
размеры паза при угле наклона граней клиновой части :
(3.5)
(3.6)
21. Размеры паза в свету с учётом припуска на сборку:
(3.7)


и - припуски по ширине и высоте паза (при h = 225 мм
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
(3.8)
Площадь поперечного сечения прокладок в пазу для двигателей с h = 180÷250 мм:
. (3.9)
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:  , где (3.10)
односторонняя толщина изоляции в пазу мм.
22. Коэффициент заполнения паза:
, (3.11)
полученное значение меньше рекомендуемых пределов, что недопустимо.
Уменьшим площадь паза за счёт увеличения и  .
Принимаем В_z1 = 1,8 Тл; В_а = 1,5 Тл, что допустимо, так как эти значения не превышают рекомендуемых.
23. Повторяем расчёт по пунктам 19-22:






Размеры паза в свету:
мм;


Площадь поперечного сечения паза в свету для размещения проводников обмотки:

где 

24. Коэффициент заполнения паза:
.
Полученное значение k_з удовлетворяет условию.

Рис. 3.2. Размеры паза в штампе
4. Расчёт ротора
25. Воздушный зазор: δ=0,6 мм.
26. Число пазов ротора:Z₂=56 .
27. Внешний диаметр:
(4.1)
28. Длина: 
29. Зубцовое деление:
. (4.2)
30. Внутренний диаметр ротора равен диаметру участка вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал:
, где (4.3)

31. Ток в стержне ротора:  А, (4.4)
где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение -  коэффициент приведения токов;
(4.5)
32. Площадь поперечного сечения стержня предварительно:
(4.6)
плотность тока в стержне литой клетки принимаем .
33. Паз ротора.
Принимаем размеры шлица: и , высота перемычки над пазом 

Рис. 4.1. Грушевидный закрытый паз короткозамкнутого ротора
Допустимая ширина зубца:
(4.7)
Где Тл - зубцы ротора при постоянном сечении  .
Размеры паза:
(4.8)
мм; (4.9)
мм. (4.10)
Принимаем  мм; мм; мм.
Полная высота паза:
мм (4.11)
Сечение стержня окончательно:
мм² (4.12)

Рис. 4.2. Размеры паза ротора в штампе
34. Плотность тока в стержне:
А/м². (4.13)
35. Короткозамыкающие кольца.

Рис. 4.3. Замыкающие кольца короткозамкнутого ротора
с литой обмоткой
Площадь поперечного сечения предварительно:
мм², (4.14)
где - токи в кольце; (4.15)
; (4.16)
А/м². (4.17)
Размеры замыкающих колец:
мм;
мм;
мм²;
мм.
5. Расчёт намагничивающего тока
36. Значения индукций:
в зубцах статора:
Тл; (5.1)
в зубцах ротора:
Тл; (5.2)
в ярме статора:
Тл; (5.3)
в ярме ротора:
Тл, (5.4)
где мм - расчётная высота ярма ротора.
37. Магнитное напряжение воздушного зазора:
А, (5.5)
где - коэффициент воздушного зазора, если одна из поверхностей гладкая,

где:

38. Магнитные напряжения зубцовых зон:
статора:
А; (5.6)
ротора:
А, (5.7)
где:  А/мпри Тл; А/мпри Тл; мм; мм.
39. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
. (5.8)
Полученное значение позволяет предварительно оценить правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных данных проектируемой машины. Коэффициент насыщения зубцовой зоны должен входить в отрезок .
40. Магнитные напряжения ярмо статора и ротора:
А; (5.9)
А, (5.10)
Где  А/мпри Тл; А/мпри Тл;
м – средняя длина магнитной линии ярма статора,
м – длина средней магнитной линии потока в ярме ротора, где  мм – высота спинки ротора.
5.6 .Магнитное напряжение на пару полюсов: (5.11)

42. Коэффициент насыщения магнитной цепи:
. (5.12)
43. Намагничивающий ток:
А; (5.13)
относительное значение:
. (5.14)
Относительное значение служит определённым критерием правильности произведённого выбора и расчёта размеров и обмотки двигателя. Относительное значение намагничивающего тока должно входить в отрезок
6. Параметры рабочего режима
44. Активное сопротивление фазы обмотки статора:
Ом. (6.1)
Для класса нагревостойкости изоляции F расчётная величина
⁰С. Для меди .
Длина проводников фазы обмотки
м,
Где м – средняя длина витка как сумма прямолинейных пазовых и изогнутых лобовых частей катушки; м – длина пазовой части равна конструктивной длине сердечников машины; длина лобовой части:  м, где В = 0,01 м– длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части; коэффициент К_Л = 1,4 ;
м - средняя ширина катушки, определяемая по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов, где - относительное укорочение шага обмотки статора. Для укороченной двухслойной обмотки принят в п.15 β₁ = 0,83.
Длина вылета лобовой части катушки:
(6.2)
где коэффициент

Рис. 6.1. Катушка двухслойной обмотки. Общий вид. 
Относительное значение: . (6.3)
45. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:
Ом, (6.4)
где Ом – сопротивление стержня;
Ом – сопротивление участка замыкающего кольца, заключённого между двумя соседними стержнями, где для литой алюминиевой обмотки ротора м.
Приводим r₂ к числу витков обмотки статора:
Ом. (6.5)
Относительное значение: . (6.6)
46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:
(6.7)
где коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния :
(6.8)
где мм; мм; ;
;
при укорочении β = 0,83 (см. п.15), k’_β = 0,25(1+3 β);
k_β = 0,25(1+3 k’_β) k`_β =0,875, k_β =0,906,
при отсутствии вентиляционных каналов м.
коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния: (6.9)

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
(6.10)
Где

для (коэффициент скоса, выраженный в долях зубцового деления ротора, при отсутствии скоса и ].
Относительное значение (6.11)
47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:
(6.12)
где коэффициент магнитной проводимости пазов рассеяния короткозамкнутых роторов:
(6.13)
мм, мм,  мм, (для рабочего режима);
м;
коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:
(6.14)
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:
, (6.15)
где
, (6.16)
Где .
Приводим x₂ к числу витков статора:
Ом. (6.17)
Относительное значение: . (6.18)
7. Расчёт потерь
48. Потери в стали основные:
(7.1)
где Вт/кг и - удельные потери для стали 2013 ; коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерного распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов: k_да=1,6; k_дz=1,8;
масса стали ярма:
(7.2)
где высота ярма статора:
(7.3)
масса стали зубцов статора:
(7.4)
где  - расчётная высота зубца статора; - средняя ширина зубца статора;  - удельная масса стали.
49. Поверхностные потери в роторе:
(7.5)
где удельные поверхностные потери в роторе:
(7.6)
Где - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора:
, где (7.7)
для
50. Пульсационные потери в зубцах ротора: Вт (7.8)
где Тл – амплитуда
пульсаций индукции в среднем сечении зубцов, где из п.37 расчёта;
масса стали зубцов ротора:
(7.9)
где - расчётная высота зубца ротора из п.38;
- средняя ширина зубца ротора.
51. Сумма добавочных потерь в стали:
Вт. (7.10)
52. Полные потери в стали:
Вт. (7.11)
53. Механические потери:
Вт, (7.12)
где для двигателей , коэффициент .
54. Добавочные потери при номинальном режиме: Вт. (7.13)
55. Холостой ход двигателя:
ток холостого хода: А, (7.14)
где реактивная составляющая тока: ;
активная составляющая тока:
А, (7.15)
где Вт – электрические потери в статоре при холостом ходе.
Коэффициент мощности при холостом ходе:
. (7.16)
Для построения механической характеристики необходимо определить их параметры:
Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Номинальное напряжение

Номинальное число оборотов ротора
об/мин,
Номинальный к.п.д.

и номинальный коэффициент мощности

Кратность пускового тока

а перегрузочная способность двигателя

Определить:
1) Потребляемую мощность;
2) Номинальный и максимальный (критический) вращающие моменты;
3) Пусковой ток;
4)Номинальное и критическое скольжения. Построить механические характеристики
и .
РЕШЕНИЕ:
Потребляемая мощность

Номинальный и максимальный моменты:


Номинальный и пусковой токи:


Номинальное и критическое скольжения:


Механические характеристики

строятся по уравнению.

№	Ѕ	об/мин
1	0,053	1420	67,3
2	0,4	1350	104,3
3	0,175	1238	121,0
4	0,2	1200	120,5
5	0,3	1050	105,3
6	0,4	900	88,8
7	0,5	750	75,5
8	0,6	600	65,2

Задаваясь скольжением s от 0 до 1, подсчитываем вращающий момент. Скорость вращения ротора определяем из уравнения. Расчетные данные приведены в таблице. Характеристики, построенные по данным таблице. изображены на рис.

Список литературы
1. Xoshimov O., “Elektr mashinalari va elektr yuritma asoslari”. –Toshkent, 2010.
2.Nаsriddinоv Sh.G’.,”Kоn elеktrоtехnikаsi” 1-qism. «Kоn mаshinа vа mехаnizmlаrinining elеktr yuritmа аsоslаri”-T.:1994..
3.Ляхомский А.В., Фащиленко В.Н., Управление электромеханическими системами горных машин.-М.: Горная книга, 2004.
4.Оlimхо’jаеv K.T. “Elеktr mаshinаlаr trаnsfоrmаtоrlаr”. -T.:1995.
5.Salimov J.S., Pirmatov N.B., Bekchanov B.E. “Transformatorlar va avtotransformatorlar”.-T.: 2009.
6. И.П.Копылов. “Электрические машины”, Москва, 2000.