Содержание

ВВЕДЕНИЕ. 3

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ЗАДАНИЕ. 4

1 Выбор двигателя по номинальной мощности. 5

2 Выбор типа обмотки статора. 7

3 Расчет обмоточных данных. 9

4 Построение развернутой схемы обмотки статора. 11

5 Определение эффективных значений фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой и седьмой гармоник. 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 15

ВВЕДЕНИЕ

Электрические машины являются самыми массовыми приёмниками электрической энергии и одним из основных источников механической и электрической энергий. Поэтому их роль в народном хозяйстве первостепенна.

Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400 кВт напряжением до 1000 В – наиболее широко применяемые электрические машины. Они составляют 90% количеству от всего парка электрических машин, а по мощности – примерно 55%.

В процессе эксплуатации наиболее важными вопросами является правильный, обоснованный выбор электродвигателя, а также своевременный и высококачественный их ремонт. Решение этих проблем обеспечивает существенную экономию материальных и трудовых ресурсов.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ЗАДАНИЕ

Вариант – 5Б.

Таблица 1 – Исходные данные

Параметр	Значение
Масса груза, m, кг	7000
Скорость подъема, v, м/с	0,3
Высота подъема h, м	5
Коэффициент, учитывающий противовес, k	0,4
КПД подъемника, η	0,9
Коэффициент увеличения мощности, KP	1,2
Число пазов, Z1	36
Число полюсов, 2р	2
Гармоника, ν	5

1. Выбрать двигатель для кратковременного режима работы S2 при подъеме груза. Условия подъема и характеристики груза приведены в таблице 1.

2. Рассчитать параметры и начертить развернутую схему трехфазной двухслойной обмотки статора по данным, приведенным в таблице 1.

Выбрать укорочение шага обмотки, чтобы уничтожалась 5-я высшая гармоника в кривой индуцированной ЭДС обмотки.

Соединение катушечных групп последовательное, фазы обмотки соединить звездой, катушки одновитковые.

3. Используя данные и результаты расчетов по пунктам 1 и 2, определить эффективные значения фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой, приняв частоту тока 50 Гц.

Рассчитать значения этих ЭДС, если бы шаг обмотки был полным.

1 Выбор двигателя по номинальной мощности

Определим мощность кВт асинхронного двигателя для подъема груза:

где k – коэффициент, учитывающий действие противовеса,

k = 0,5 (по заданию);

v – скорость подъема груза,

v = 0,1 м/с (по заданию);

m – масса груза,

m = 800 кг (по заданию);

g – ускорение свободного падения,

g = 9,81 м/с²;

η – КПД подъемника;

η = 0,8(по заданию);

K_P – коэффициент увеличения мощности,

K_P = 1,5 (по заданию);

По полученному значению мощности по [3, табл. 2.1] выбираем двигатель серии 4А с ближайшим большим значением мощности – 4А100L4[КОА1] .

Технические данные двигателя приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Технические данные двигателя АИРМ112М2

Тип двигателя	Номинальная мощн ость, кВт	Номинальный ток при U=980 B, A	Частота вращен ия мин-1	КПД, %	р	М/М	М/М	I/I	Масса, кг
АИРМ112М2	7,5	15	2985	97,5	0,98	2,2	2,5	7	49

Определяем номинальный момент двигателя:

Определяем максимальный момент двигателя:

2 Выбор типа обмотки статора

Для статора асинхронной машины переменного тока используются различные виды обмоток:

- однослойные и двухслойные;

- с полным и укороченным шагом;

- односкоростные и многоскоростные;

- с одинаковым и различным числом секций в пазу.

Поэтому, выбирая тип обмотки необходимо рассмотреть экономическую целесообразность применения, сравнить достоинства и недостатки различных типов обмоток, определить технические возможности выполнения.

Сравним достоинства и недостатки однослойной и двухслойной обмоток.

Основные достоинства однослойной обмотки:

- отсутствие межслоевой изоляции, что повышает коэффициент заполнения паза, а следовательно, ток и мощность двигателя;

- простота изготовления;

- возможность автоматической укладки обмоток.

Недостатки однослойной обмотки:

- повышенный расход проводникового материала;

- сложность укорочения шага, а следовательно, повещенная сложность компенсации высших гармоник магнитного потока;

- ограничение возможности построения обмоток с дробным числом пазов на полюс и фазу.

- трудоемкое изготовление и монтаж катушек для крупных электродвигателей высокого напряжения.

Двухслойные обмотки в основном выполняются с одинаковыми секциями: петлевые и цепные, реже принимают концентрические.

Основные достоинства двухслойной обмотки:

- возможность укорочения шага обмотки, что позволяет:

а) снизить расход обмоточного провода за счет уменьшения длины лобовой части секции;

б) уменьшить высшие гармонические составляющие магнитного потока, то есть снизить потери в магнитопроводе двигателя;

- высокая технологичность изготовления катушек, т.к. большинство операций можно механизировать;

- возможность выполнения обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу, что обеспечивает изготовление обмотки при ремонте асинхронных двигателей с изменением частоты вращения ротора. Кроме того, это является одним из способов приближения формы поля к синусоиде;

- возможность создания большего числа параллельных ветвей.

Недостатки двухслойных обмоток:

- сниженный коэффициент заполнения паза, из-за межслоевой изоляции;

- затрудненность укладки последних секций обмотки.

- необходимость поднимать целый шаг обмотки при повреждении нижней стороны секции.

Рассмотрев все выше сказанное выбираем двухслойную петлевую обмотку.

3 Расчет обмоточных данных

Расчет обмоточных данных состоит в определении основных данных:

N – число катушечных групп;

y – шаг обмотки, расстояние выраженное в зубцах (или пазах), между активными сторонами одной и той же секции;

q – число пазов на полюс и фазу;

α – число электрических градусов, приходящихся на один паз;

а – число параллельных ветвей.

Определим расчетный шаг (полюсное деление, выраженное в зубцах) обмотки:

где Z – число пазов,

Z = 36 пазов (по заданию);

2р – число полюсов электродвигателя,

2р = 2 (по заданию);

x – произвольное число меньше 1, доводящее расчётный шаг до целого числа;

Т.к. по заданию необходимо подавить действие 5 гармоники ЭДС катушки, определяем уточненный шаг обмотки:

где k_у – коэффициент укорочения шага обмотки,

k_у = 0,857 [5, стр. 13];

окончательно принимаем у=16 пазов.

Определим число пазов на полюс и фазу:

где m – число фаз,

m = 3;

так как q > 1, то обмотка - рассредоточенная, при этом фазные катушки разделены на секции, число которых равно q=3 .

Определим число катушечных групп в одной фазе двухслойной обмотки:

Так как каждую пару полюсов создают все три фазы переменного тока, следовательно,

Число электрических градусов на один паз:

Угол сдвига между осями фазных обмоток в пазах:

Катушечные группы фаз соединяют последовательно, параллельно и комбинированно.

Для рассматриваемого двигателя применяем последовательное соединение,

a = 1.

4 Построение развернутой схемы обмотки статора[КОА2]

На развернутой поверхности статора размечаем:

- пазы Z = 36;

- полюсные деления 2р = 2;

- зоны фаз по q = 3; при этом расстояние между зоной какой-либо фазы в одном полюсном делении и зоной этой же фазы в другом полюсном делении должно быть равно шагу обмотки у = 16 пазов.

Верхнюю сторону катушки 1 (паз 1) лобовой частью соединяем с нижней стороной этой же катушки (паз 7), которую, в свою очередь, присоединяем к верхней стороне катушки 2 (паз 2).

Верхнюю сторону катушки 2 (паз 2) также лобовой частью соединяем с нижней стороной этой же катушки (паз 8), которую, в свою очередь, присоединяем к верхней стороне катушки 3 (паз 3).

Верхнюю сторону катушки 3 (паз 3) также лобовой частью соединяем с нижней стороной этой же катушки (паз 9), которую, в свою очередь, присоединяем к верхней стороне катушки 4 (паз 4).

Верхнюю сторону катушки 4 (паз 4) также лобовой частью соединяем с нижней стороной этой же катушки (паз 10), и получаем первую катушечную группу обмотки фазы А (Н1А-К1А).

Присоединив начало первой катушечной группы Н1А к выводу обмотки С1, а начало четвертой катушечной группы Н3А - к выводу С4, получаем фазную обмотку А.

Аналогично производим соединения для фазных обмоток В и С.

Построенная схема-развертка трехфазной двухслойной обмотки статора приведена в приложении 1.

5 Определение эффективных значений фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой гармоник

Для определения ЭДС фазной обмотки статора воспользуемся формулой:

где Ф_v – магнитный поток v-ой грамоники,

где Ф – основной магнитный поток,

где В_d – величина максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре электродвигателя, выбранного в разделе 1,

В_d = 0,93 Тл [4, табл.2,1];[КОА3]

D₁ – внутренний диаметр статора для двигателя, выбранного в разделе 1,

D₁ = 116 мм [1, табл. П8];

l₁ – длина статора для двигателя, выбранного в разделе 1,

l₁ = 74 мм [1, табл. П8];[КОА4]

v – порядковый номер гармоники,

v = 1, 3, 5

f_1v – частота v-ой гармоники,

w₁ – количество витков в фазной обмотке статора,

k_об.v – обмоточный коэффициент для v-ой гармоники,

где k_у.v – коэффициент укорочения шага обмотки для v-ой гармоники,

k_у.1 = 0,975 [5, табл. 2];

k_у.3 = 1,0 [5, табл. 2];

k_у.5 = 0,433 [5, табл. 2];

k_у.5 = 0,0 [5, табл. 2];

k_р.v – коэффициент распределение обмотки для v-ой гармоники,

k_р.1 = 0,958 [5, табл. 3];

k_р.3 = 0,654 [5, табл. 2];

k_р.5 = 0,0 [5, табл. 2];

Полная фазная ЭДС электродвигателя:

Так как обмотка двигателя соединена в звезду, то линейная ЭДС:

Для определения фазной ЭДС для обмоток с диаметральным шагом необходимо приравнять коэффициент укорочения для всех гармоник 1:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной курсовой работы, была рассчитана мощность подъемника и по справочнику выбран трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа АИРМ112М2.

Для ремонта данного двигателя – замены обмотки статора, произведены необходимые расчеты и построена развернутая схема двухслойной обмотки, приведенная в приложении.

В работе был рассмотрен вопрос о снижении влияния высших гармоник на ЭДС статора, путем укорачивания шага обмотки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ванурин В.Н. Электрические машины: Учебник / В.Н. Ванурин. – Санкт-Петербург: Лань, 2016. – 304 с.
2. Ванурин В.Н. Статорные обмотки асинхронных электрических машин: Учебное пособие / В.Н. Ванурин. – Санкт-Петербург: Лань, 2014. – 176 с.
3. Справочник энергетика деревообрабатывающего предприятия / Под общ. ред А. А. Пижурина и А. Б. Левина. – М.: «Лесная промышленность», 1982. - 399 с.
4. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская. – М.: Энергоиздат, 1982. – 504 с.
5. Электрические машины: Методические указания по выполнению курсовых работ. М.: Московский технологический институт, 2021. – 24 с.
   

[КОА1]???

[КОА2]Скопирована друга обмотка и обрезана до Z=36

[КОА3]В данном справочнике абсолютно другое значение

[КОА4]Численные значения внутреннего диаметра и длины сердечника статора не соответствую справочным данным для выбранного двигателя