МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ 
 

Национальная  металлургическая академия Украины 
 

Кафедра электротехники и электропривода 
 
 
 
 

расчётно-пояснительная записка 
 

для курсового  проекта

по электрическим машинам 
 

"Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя 
при ремонтно-восстановительных работах" 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:  
 
 

Руководитель  проекта:                                                             Куваев В.Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Днепропетровск

Тема, цель и задачи проектирования

 

    Тема проекта – расчет трехфазного асинхронного двигателя при ремонтно-восстановительных работах.

    Цель проекта – расширение и закрепление знаний студентов по электрическим машинам, ознакомление с практическими методами расчета асинхронных двигателей при их восстановительных ремонтах.

    В отличие от расчетов, производимых на электромашиностроительных заводах, когда при проектировании решаются задачи выбора и определения размеров статора и ротора (в том числе  зубцовой зоны), электромагнитного  расчета, расчета рабочих и пусковых характеристик, тепловые и вентиляционные, механические и другие расчеты и, в конечном счете, разработки конструкции машины, при выполнении ремонтно-восстановительных работ все расчеты производятся, когда заданы размеры магнитной цепи машины и нет необходимости в механических расчетах и разработке конструкции.

    В большинстве случаев технологическая  сторона перемотки обмоток асинхронных  двигателей в электроремонтных предприятиях поставлена удовлетворительно, но проектно-расчетная  находится на недостаточном уровне из-за отсутствия рекомендаций по пересчету двигателей с учетом современных достижений в области электротехнических материалов и в первую очередь изоляционных и проводниковых.

    Конкретной  задачей проекта является перерасчет асинхронного двигателя на заданное напряжение и частоту вращения  в случае, когда заданы только геометрические размеры магнитной цепи машины, установленные путем осмотра и обмера сердечников статора и ротора, а обмотки и табличка заводских данных отсутствуют. В такой постановке задача перерасчета асинхронных двигателей является наиболее общей по сравнению с другими возможными случаями неисправностей двигателей, поступающих в ремонт – перемотка, когда обмотка статора повреждена и находится в таком состоянии, что можно определить её первоначальные параметры (число витков, шаг, размеры проводников, конструкцию и материалы пазовой изоляции и др.); перемотка электродвигателя на другое напряжение или на другую частоту вращения, когда параметры двигателя до перемотки известны и др.

Основные вопросы, подлежащие решению в проекте

 

1. Проверка выполнимости двигателя на заданную частоту вращения.
2. Выбор типа и расчет обмоток статора и ротора.

1.3  Расчет магнитной цепи двигателя и определение величины намагничивающего тока.

4. Расчет активных и индуктивных сопротивлений обмоток статора и ротора.
5. Расчет суммарных потерь мощности в двигателе.
6. Расчет и построение рабочих и пусковых характеристик.

1. Исходные данные  для проектирования

 

    В задании на учебное курсовое проектирование указываются данные, которые делятся на две группы.

1.1  Данные, оговариваемые заказчиком при  сдаче двигателя на перемотку:

Uс=220/380 – напряжение питающей сети, В;

f1=50 – частота тока сети, Гц;

2р =6 –число пар полюсов;

m1=3 – число фаз обмотки статора.

1.2 Данные, получаемые путем обмера и обследования поступившего на ремонт двигателя:

D_а=343 – внешний диаметр сердечника статора, мм;

D=245 – внутренний диаметр сердечника статора, мм;

D₂=244 – внешний диаметр сердечника ротора, мм;

D_в=70 – внутренний диаметр сердечника ротора, мм;

l₁=205 – полная длина сердечника статора с учетом общей ширины радиальных вентиляционных каналов;

l₂=208 – полная длина сердечника ротора с учетом общей ширины радиальных вентиляционных каналов;

δ=0.5 – величина воздушного зазора, мм;

Z₁=54, Z₂=64 – число пазов статора и ротора.

            Форма и размеры  пазов статора и ротора:

h_п1=26,7, h_п2=25,7 – высота паза статора и ротора, мм;

b_п1=7,7, b_п2=5,7 – ширина паза статора и ротора в верхней его части, мм;

b^/_п1=9,8, b/п2=3,5 – ширина паза статора и ротора в нижней его части, мм;

b_ш1=3,7, b_ш2=1,5 – ширина шлица (входной щели) паза статора и ротора, мм;

h_ш1=1,0, h_ш2=1,0 – высота шлица паза статора и ротора, мм.

d_k2=20 – диаметр аксиальных вентиляционных каналов в сердцевине ротора, мм;

n_k2=8 – количество вентиляционных каналов в сердцевине ротора.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Проверка выполнимости  двигателя по заданным  исходным данным

 

    Цель  проверки – установить возможность выполнения двигателя при заданных заказчиком исходных данных, исключающую залипание ротора, застрявание на пониженной скорости и повышенные шумы. 

2.1 Проверка выполнимости  двигателя на заданную  частоту вращения

                                                                             (2.1)

где  p – наименьшее допустимое число пар полюсов;

       D – внутренний диаметр сердечника статора, мм (по заданию);

       h_a1 – высота ярма (спинки) сердечника статора, мм;

мм,                                              (2.2)

    Необходимо  также проверить окружную скорость ротора

 м/с,                                                      (2.3)

2.2 Проверка выполнимости  двигателя на соотношение  числа пазов статора  и ротора 

Залипание исключается, если выполняются следующие неравенства:

,    

                                                            (2.4)

i₁=10, i₂=11

залипание не происходит

где i – любое целое число. Здесь и ниже рекомендуется выбирать два таких рядом лежащих значения  i (i₁ и i₂ = i₁+1), при которых число Z₂ будет между ними.

                                                

   Застревание на промежуточных скоростях не будет, если выполняются следующие неравенства:

        

                                                   (2.5)

     Застревание  не происходит.

Повышенные  шумы не появляются, если выполняются следующие неравенства:

 

                                           (2.6)

    Повышения шумов не будет.

                                                                                              

    По  заданным данным выполнение двигателя на заданное число оборотов возможное. 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Обработка результатов  обмера сердечника статора

 

     Цель  обработки – получение необходимых данных для выполнения дальнейших расчетов.

3.1 Полюсное деление  (τ₁) и зубцовое деление (t_Z1) статора, соответственно

                                       (3.1)

                                                                                               (3.2)

3.2 Расчетная  длина сердечника статора (l_р1):

        при отсутствии вентиляционных каналов:

   l_р1 = l₁= 205мм                                                                                                       (3.3)

3.3 Длина стали  статора (l_c1) и длина активной стали статора (l₀₁):

      l_c1= l₁=205 мм                                                                                                 (3.4) 
          l₀₁= k_с1· l_c1=0,97·205=198.8 мм                                                                              (3.5) 
3.4 Площадь полюсного деления

        Q_δ = l_р1· τ = 205 · 128.2 = 26281  мм²                                                            (3.6) 
3.5 Площадь поперечного сечения ярма (спинки) статора:

      при отсутствии аксиальных вентиляционных каналов в сердечнике статора:

                                                                              (3.7)

3.6 Площадь паза статора (Q_п1)

                  Q_п1=Qтр+Qсек1+Qсек2, мм²                                           (3.8)

                                                         

 

  
 
 
 
 
 
 

3.7 Форма профиля  зубца статора и его наименьшая  ширина

                                                                                                

                   (3.9)

Если из этого  зубцового шага вычесть ширину паза на этом диаметре, получим: 
 
 

                       (3.10) 

3.8 Наименьшая  площадь поперечного сечения  одного зубца статора (q_Z1min) и зубцов, приходящихся на один полюс (Q_Z1min)

                                                                              (3.11)

                                                               (3.12)

3.9 Обработка  результатов обмера сердечника  ротора производится аналогично  расчетам, выполненным для статора.

        В результате получим:

                                                                                                 (3.13)                                                                                 

                                                                                 (3.14)