Введение

Электрические машины в общем объёме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.

По своим показателям и характеристикам электрические машины удовлетворяют самым разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства. Они различаются по принципу действия, мощности, напряжению, частоте вращения, режиму работы, конструктивным формам и параметрам.

При проектировании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при её изготовлении трудоёмкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала высокой надёжностью и наилучшими энергетическими показателями, при этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения её в электроприводе. [1]

Проектирование электрических машин производится с учетом требований государственных и отраслевых стандартов. При проектировании электрических машин приходится учитывать назначение и условия эксплуатации, КПД. При проектировании необходимо учитывать возможности электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению трудоемкости.

В данном курсовом проекте необходимо спроектировать асинхронный двигатель серии 4А, обладающий характеристиками соответствующими техническому заданию.

1 Анализ технического задания

В техническом задании приведен тип электрической машины 4А250S4. Проведем подробный анализ данного типа для определения параметров проектируемого двигателя.

Цифра на первой позиции в типе электрической машины определяет принадлежность её к одной из серий двигателей.

На второй позиции стоит буква, указывающая принадлежность по роду двигателя. Буква А на первой позиции в приведенном в техническом задании типе двигателя указывает, что необходимо спроектировать асинхронный двигатель.

Буква на третьей позиции указывает на исполнение двигателя по способу защиты от окружающей среды. Отсутствие на третьей позиции буквы Н означает, что исполнение двигателя закрытое обдуваемое, IP44.

Исполнение IP44. Данный код обозначает уровни защиты. Первая цифра - защита от проникновения посторонних предметов. Уровень 4 – предметы, имеющие диаметр больше 1 миллиметра. Вторая цифра - защита от проникновения жидкости. Уровень 4 - защита от брызг, падающих в любом направлении.

Буква на четвертой позиции указывает на исполнение ротора двигателя. Отсутствие буквы К на четвертой позиции в обозначении типа электрической машины означает, что проектируемый двигатель должен иметь короткозамкнутый ротор.

Буква на пятой позиции определяет исполнение двигателя по материалу станины и щитов. В техническом задании на пятой позиции в обозначении электрической машины буква отсутствует. Значит щиты и станина должны быть выполнены из чугуна или стали.

Шестая позиция содержит три или две цифры, определяющие высоту оси вращения проектируемого двигателя. Высота оси вращения проектируемого двигателя 250 миллиметров.

Седьмая позиция определяет установочный размер по длине станины. Присутствие на седьмой позиции буквы S в обозначении проектируемого двигателя означает, что выбирается меньший установочный размер по длине станины.

Буква на восьмой позиции в обозначении двигателя определяет выбор длины сердечника. В обозначении проектируемого двигателя на восьмой позиции буква отсутствует, что означает, что при данном установочном размере по длине станины выполняются сердечники только одной длины.

Цифра на девятой позиции определяет количество полюсов проектируемого двигателя. В обозначении проектируемого двигателя на девятой позиции стоит цифра 4. Следовательно выполняется двигатель с четырьмя полюсами.

На десятой и одиннадцатой позиции приводятся обозначение климатического исполнения и категория размещения. Так как мы проектируем двигатель общего назначения, то выберем климатическое исполнение для умеренного климата и категорию размещения 3.

4А250S4 – асинхронный двигатель серии 4А исполнения по степени защиты IP44, с короткозамкнутым ротором, с чугунными станиной и подшипниковыми щитами, с высотой оси вращения 250 миллиметров, меньшим установочным размером по длине станины, четырёхполюсный, климатическое исполнение У, категории размещения 3.

Проектирование двигателя серии 4А производится по расчетной методике, построенной на «машинной постоянной Арнольда», приведенной в [1]. Ссылки на рисунки, таблицы, формулы произведены на [1].

2 Выбор главных размеров

Расчет асинхронных двигателей начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины воздушного зазора l. Размеры D и l связаны с мощностью, угловой скоростью и электромагнитными нагрузками выражением «машинной постоянной» (9.1) [1]

,

где Ω - синхронная угловая частота двигателя;

Р' - расчетная мощность, Вт;

 - коэффициент полюсного перекрытия;

kB - коэффициент формы поля;

kоб - обмоточный коэффициент;

А - линейная нагрузка, А/м;

В - индукция в воздушном зазоре, Тл.

В начале расчета двигателя все величины, входящие в (9.1) [1], кроме синхронной угловой скорости, неизвестны, поэтому расчет проводят, задаваясь на основании имеющихся рекомендаций значениями электромагнитных нагрузок и коэффициентов k , kоб и  , и приближенно, определяют расчетную мощность P`. Остаются два неизвестных D и l , однозначное определение которых без дополнительных условий невозможно.

Высота оси вращения из технического задания h=250 мм.

Для высоты оси вращения 250 мм наружный диаметр статора Da принимается из таблицы 9.8 [1] равным 445 мм.

Внутренний диаметр статора D вычисляется по формуле (9.2) [1]

,

где - коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и внешнего диаметров сердечника статора.

По таблице 9.9 [1] для двигателя с четырьмя полюсами выбираем значение равное 0,68.

Тогда получим

(мм).

Полюсное деление  вычисляется по формуле (9.3) [1]

,

где 2р - число полюсов, 2р=4.

(мм).

Расчетная мощность Р', Вт, вычисляется по формуле (9.4) [1]

,

где P2 - мощность на валу двигателя, Вт, P2=75 кВт;

- отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, определяется по рисунку (9.20) [1], =0,981;

 - коэффициент полезного действия, в процентах, =0,93;

cos() - коэффициент мощности, cos()=0,9.

(кВт)

Электромагнитные нагрузки А, А/м и В, Тл, предварительно по рисунку 9.22[1], примем равными 38500 А/м и 0,78 Тл соответственно.

Предварительное значение обмоточного коэффициента kоб1 выбирают в зависимости от типа обмотки статора.

В машинах с номинальным напряжение до 660 В и мощностью до 100 кВт обмотки выполняют из круглого обмоточного провода и укладывают в трапецеидальные пазы. Обмотку такого типа ещё называют всыпной. Наибольший диаметр провода, применяемый для всыпных обмоток, не превышает 1,8 миллиметров, так как провода большего диаметра имеют слишком большую жесткость и плохо уплотняются в пазах во время укладки. Нужное сечение эффективного проводника обеспечивается выполнение обмотки из нескольких элементарных проводников. При проектировании машин для уменьшения необходимого числа элементарных проводников выбирают обмотку с несколькими параллельными ветвями.

Практически во всех машинах переменного тока мощностью более 15 кВт применяются двухслойные обмотки. Основным достоинством двухслойных обмоток является возможность использования укорочения шага для подавления высших гармоник поля в кривой ЭДС. Кроме того, двухслойные обмотки имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с однослойными, например по количеству возможных вариантов выполнения параллельных ветвей, дробного числа пазов на полюс и фазу, равномерности расположения лобовых частей катушек. В проектируемом двигателе принимаем двухслойную обмотку статора при 2р=4, значит, по [1] предварительно принимаем kоб1 =0,91.

Синхронная угловая скорость вала двигателя , рад/с, рассчитывается по формуле (9.5) [1]

,

где f1 - частота сети, Гц.

(рад/с).

Расчетная длина воздушного зазора l , мм, может быть определена по формуле (9.6) [1]

,

где - коэффициент формы поля.

Примем по [1] =1,11, тогда

(мм).

Критерием правильности выбора главных размеров D и l служит коэффициент , который должен находиться в пределах, показанных на рисунке 9.25, б [1].

= l / =201,5/237,7=0,85.

Отношение принятой длины воздушного зазора l к полюсному делению  находится в рекомендуемых в [1] пределах (от 0,7 до 1,3).