Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Работа № 116336
Наименование:
Методичка Расчет и конструирование электрической машины
Информация:
Тип работы: Методичка.
Предмет: Машиностроение.
Добавлен: 20.05.2019.
Год: 2019.
Страниц: 17.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Методические указания по выполнению курсовых проектов (работ) по курсу электрических машин Для студентов специальностей 180400, 100400, 101600
2 Курсовой проект (работа) «Расчет и конструирование электрической машины»
2.1 Общие положения Курсовая работа (проект) – это вид учебно-исследовательс ой самостоятельной работы студента по дисциплине, выполняемой в пределах часов, отводимых на изучение этой дисциплины учебным планом. Курсовую работу (проект) можно рассматривать как специфичную форму учебной деятельности. Цель курсовой работы (проекта) по дисциплине «Электрические машины» и « Электромеханика»: формирование умений самостоятельного решения профессиональных задач, овладение методами научного исследования на основе использования научного содержания изученных и изучаемых дисциплин. Курсовая работа (проект) оформляется в виде специально подготовленной рукописи, представляющей систематизированное, обоснованное изложение выбранного способа решения конкретной задачи, как-то проектирование и расчет электрической машины или трансформатора. При написании курсовой работы (проекта) студент обязан дать ссылки на автора и источник. Специальные требования к выполняемой работе (проекту) определены кафедрой ЭПА. Студент выполняет курсовую работу ( проект) по утвержденной теме в соответствии с заданием под руководством научного руководителя. Научный руководитель курсовой работы (проекта): - определяет содержание задания; - осуществляет консультирование по выполнению задания; -проводит проверку окончательно оформленной курсовой работы (проекта); - дает отзыв на курсовую работу (проект); -делает заключение о допуске работы к защите.
2.2 Содержание курсового проекта (работы) Курсовой проект должен содержать следующие разделы: 1. Задание на курсовой проект. 2. Расчетная записка, в которой даны расчет электромагнитных величин и нагрева, расчеты некоторых деталей на прочность. В расчетной записке должны быть приведены эскизы, поясняющие основные решения, эскизы магнитной цепи и пазов с обмотками. Записка должна содержать таблицу, в которой указаны основные параметры, характеризующие машину, и их сравнение с параметрами серийных машин. Текст содержит расчетные формулы в общем виде и численную подстановку в них. У каждой величины, являющейся результатом расчетов, указывается размерность. Рабочие и пусковые характеристики вычерчивают на миллиметровой бумаге с соблюдением удобных для отсчета масштабов. На характеристиках должны быть видны точки построения. 3. Графическая часть (для специальностей 100400, 180400) должна содержать продольный и поперечный разрезы общего вида машины, выполненных карандашом на листе формата А1, в масштабе. Чертеж должен иметь спецификацию главных деталей, штамп установленного образца. На чертеже проставляют все установочные размеры, высоту оси вращения (для электрических машин). Проектируемые машины должны соответствовать всем требованиям, предъявляемым основным стандартом на электрические машины – ГОСТ 183-74. Пояснительная записка и графическая часть должны быть выполнены в соответствии с требованиями ЕСКД /№/. При выполнении курсового проекта следует пользоваться литературой, рекомендованной для изучения курса. При сдаче на повторную рецензию не разрешается переписывать заново проект или отдельные его части. Все изменения, дополнения и пересчеты должны быть выполнены на отдельных листах и подшиты в конце пояснительной записки.
2.2 Основа для расчета электрических машин 1) Теория подобия и общие закономерности проектирования электрических машин. 2) Общие уравнения, лежащие в основе проектирования электрических машин. Главные размеры и электромагнитные нагрузки. 3) Основы электромагнитных расчетов трансформаторов, машин постоянного тока, асинхронных двигателей и синхронных машин. 4) Обмотки машин постоянного и переменного тока. 5) Основные и добавочные потери в электрических машинах и трансформаторах. 6) Коммутация в электрических машинах постоянного тока. 7) Тепловые и вентиляционные расчеты. 8) Механические расчеты основных деталей электрических машин.
По вопросам конструкции следует обратить внимание на следующие вопросы: 1) Общие принципы конструирования электрических машин. Формы исполнения по роду монтажа и способам защиты от внешних воздействий. 2) Соотношение главных размеров электрической машины. 3) Исполнение обмоток. 4) Системы охлаждения и вентиляции электрических машин. 5) Конструктивные формы исполнения станин. 6) Подшипниковые щиты и крышки. Фундаментные плиты и салазки. 7) Контактные кольца, коллекторы и щетки. 8) Якорь машины постоянного тока. 9) Полюсы (главные и добавочные). 10) Выводные устройства. 11) Единая система конструкторской документации. При проектировании электрических машин необходимо сочетать общие закономерности проектирования и частные методы расчета и конструирования, применимые к отдельным разновидностям машин. Закономерности проектирования основаны на теории подобия и общего уравнения, являющегося исходным при построении всех методик электромагнитного расчета электрических машин.
2.3 Задание на курсовое проектирование Вариант задания студенты всех специальностей выбирают соответственно двум последним цифрам шифра. На титульном листе пояснительной записки обязательно указывается шифр и специальность студента. Курсовой проект, выполненный не по соответствующему шифру, не принимается на проверку и должен быть выполнен вновь. После проверки, курсовой проект подлежит публичной защите в сроки, указанные кафедрой. В случае невыполнения требований кафедры, студент к экзамену по курсу «Электрические машины» (спец.180400, 101600) и «Электромеханика» (спец.100400) не допускается. Выбор электрической машины осуществляется по последней цифре шифра по таблице 1: Таблица 1 Шифр специальности Послед яя цифра шифра 0, 3, 6,9 1, 4, 7 2, 5, 8 100400 - электроснабжение Тра сформатор Синхронный генератор Синхронный двигатель 180400 – электропривод Асинхр нный двигатель с короткозамкнутым ротором Асинхронный двигатель с фазным ротором Машина постоянного тока 101600 - энергообеспечение Син ронный генератор Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Трансформато Вариант для расчета выбирается по таблицам соответствующих машин: 3 Методические указания
Титульный лист является первым листом пояснительной записки. На нем обязательно указываются тема проекта, данные студента (с указанием шифра), сроки сдачи. Для студентов заочного отделения проставляется номер, присвоенный при регистрации на кафедре. Второй лист – лист задания, выполненный в соответствии с требованиями кафедры. На листе задания указаны все параметры машины, необходимые для расчета и конструирования. Обязательно проставляются подписи преподавателя и студента. Аннотация - В содержании В ведении необходимо определить назначение и область использования силовых трансформаторов или электрических машин. Указать обозначения, используемые в курсовом проекте (работе) при проектировании трансформатора или электрической машины. Расчетная часть делится на разделы в соответствии с порядком расчетов. Каждый раздел начинается с нового листа. В заключении необходимо сделать вывод - сравнить данные стандартной и рассчитанной электрической машины или трансформатора. Оформить в виде таблицы. Указать соответствие рассчитанной электрической машины или трансформатора ГОСТам и пригодность к эксплуатации.
Заданные номинальные напряжения: Номинальная мощность S, кВт Последняя цифра шифра 0, 1, 2 3, 4, 5 6, 7, 8, 9 Номинальные напряжения первичной (U1) и вторичной (U2) обмоток, кВ 25, 40, 63 6 / 0,4 10 / 0,4 10 / 0,69 100, 160, 250 6 / 0,69 10 / 0,69 6 / 0,4 400, 630 10 / 0,4 35 / 10,5 35 / 6 1000, 1600 10 / 0,4 35 / 10,5 35 / 6 Группа соединений: U2 = 0,4; 0,69 кВ –Y/Y-0 U2 = 6; 10,5 кВ – Y/? – 11 Для всех вариантов: материал обмоток – медь; число фаз m=3; частота f=50Гц; способ охлаждения – масляное; режим нагрузки – продолжительный; установка наружная.
Пояснительная записка должна содержать следующие разделы: 1. Расчет основных электрических величин. 2. Определение основных размеров трансформатора. 3. Расчет обмоток НН и ВН. 4. Расчет параметров короткого замыкания. 5. Расчет магнитной системы. 6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения. 7. Расчет потерь и КПД. В графической части проекта нужно дать общий вид трансформатора с продольным и поперечным разрезами, а также разрез по стержню и обмоткам плоскостью, перпендикулярной оси стержня (для показа конструкции обмоток и главной изоляции). Разрез по стержню следует выполнять в большем масштабе, чем общий вид. На общем виде должны быть проставлены все габаритные размеры и расстояния между осями витков в направлении передвижения трансформатора и перпендикулярно к нему. При расчете трансформатора следует уяснить, как влияют электромагнитные нагрузки (индукции в стержне и плотности тока) на размеры и характеристики трансформатора. Необходимо знать, что резкие отклонения полученных величин Uк%, Iо%, Рк, Ро от заданных может быть объяснено только ошибками в расчете. Отклонения возможны только в пределах допусков по ГОСТу. Значения тока Iо в таблице 2 дано для ориентации. Не следует стремиться к получению заданных значений Iо. Если при расчете характеристик короткого замыкания не удается получить требуемое значение реактивной составляющей напряжения короткого замыкания, то (при отсутствии грубых ошибок в остальных величинах, определяющих Uк) следует варьировать величину вольт на виток, так как она входит в выражение для Uк в квадрате, т.е. варьировать индукцию в стержне. При расчете тока короткого замыкания для определения механических напряжений в обмотках надо принимать величину, полученную по расчету, но не заданную. Трансформаторы классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью до 250 кВА выпускаются с переключением без возбуждения (ПБВ), а мощностью 400 – 630 кВА с ПБВ в основной массе и с РПН некоторая часть. Поэтому по способу регулирования напряжения для вариантов 0-5 производится расчет переключения без возбуждения (ПБВ), а для вариантов 6-9 регулирование под нагрузкой (РПН). Число ступеней ±2х2,5%. 1) Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин – мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений /1,97/. Потери короткого замыкания, дают возможность определить активную и реактивную составляющую напряжения короткого замыкания /1,99/. 2) Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора. Выбор конструкции магнитных систем /1,79-92/ является первоочередной задачей при проектировании магнитной системы силового трансформатора. При дальнейшем расчете параметров трансформатора, необходимым условием является использование определенного значения напряжения короткого замыкания и тока холостого хода, уровни их потерь /1,118-160/. Предварительный расчет основных размеров представляют в виде таблицы /1,144/. Результаты расчетов изображаются в виде графиков – зависимостей Рх =f(b), io=f(b), Ca,ч=f(b). После произведенных расчетов изображается эскиз с указанием основных размеров магнитной системы. 3) Выбор типа конструкции обмоток при расчете трансформатора должен производиться с учетом эксплуатационных и производственных требований, предъявляемых к трансформаторам. Конструкция обмоток выбирается по ориентировочному сечению витка каждой обмотки /1,255/. Расчет обмоток трансформатора начинают с обмотки НН, располагаемой в большинстве трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН. Для обмотки НН определяется число витков, напряжение одного витка, действительная индукция в стержне /1,265/. Рассчитав высоту обмотки НН, определяют сечение витка и на эскизе отмечают основные размеры витка. После необходимых вычислений рассчитывается масса провода обмотки НН. Расчет обмотки ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число ступеней ответвлений определяется по типу трансформатора /1,274/. Ориентировочно рассчитывается плотность тока и сечение витка обмотки ВН. По полученному значению выбирается провод обмотки ВН /1,212-215/ и определяется полное сечение витка, плотность тока. Подбирается конструкция обмотки и ее схема изображается на рисунке. Полученные данные для обмотки ВН сводятся в таблицу, а основные размеры в виде рисунка указываются в проекте. 4) Потери короткого замыкания Рк в трансформаторе могут быть разделены на следующие составляющие: 1) основные потери в обмотках НН и ВН, вызванные рабочим током обмоток, Росн1 и Росн2; 2) добавочные потери в обмотках НН и ВН, т.е. потери от вихревых токов, наведенных полем рассеяния в обмотках Рд1 и Рд2; 3)основные потери в отводах между обмотками и вводами (проходными изоляторами) трансформатора Ротв1 и Ротв2; 4) добавочные потери в отводах, вызванные полем рассеяния отводов, Ротв, д1 и Ротв, д2; 5) потери в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора, вызванные полем рассеяния обмоток и отводов. После определения потерь при коротком замыкании /1,303-320/, рассчитываются напряжение и ток короткого замыкания, и нагрев обмоток при коротком замыкании. 5) При расчете магнитной системы определяются - число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов, расположение и размеры охлаждающих каналов, полные и активные сечения стержня и ярма, высота стержня, расстояние между осями стержней, масса стали стержней, ярм и углов магнитной системы трансформатора. После установления всех размеров и массы стали частей магнитной системы, определяются потери и ток холостого хода трансформатора /1,353-399/. 6) При проектировании трансформаторов, предназначенных для длительной непрерывной нагрузки, тепловой расчет производится для установившегося теплового режима при номинальной нагрузке. Полученные при этом расчете значения превышения температуры над окружающей средой не должны быть больше предельных значений, регламентированных ГОСТом. Тепловой расчет трансформатора проводится после завершения электромагнитного и механического расчетов его обмоток и магнитной системы. При правильном выборе электромагнитных нагрузок и правильном распределении и выборе размеров охлаждающих масляных каналов внутренние температуры в обмотках и магнитной системе оказываются не выше допустимых значений /1,421-447/.
1.2 Расчет и конструирование синхронных машин Синхронные генераторы и двигатели
Параметры Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Номинальная мощность, Р2 кВт СГ 30 45 55 75 90 132 160 250 400 630 СД 400 500 315 250 40 315 160 132 200 75 Количество фаз статора m1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Способ соединения фаз статора Y Y Y Y Y Y Y Y Y Частота напряжения f, Гц 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Коэффициент мощности Cos? СГ - 0.8 (отстающий) СД – 0,9 (опережающий) Номинальное линейное напряжение Uл, кВ СГ 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 СД 6 10 6 6 6 6 0,3 0,38 0,38 0,38 Способ возбуждения От специальной обмотки, заложенной в пазы статора Степень защиты от внешних воздействий Защищенное - IP 23 Способ охлаждения Самовентиляция - IC 01 Способ монтажа IM 1001 Климатические условия СГ - У2 СД – У4 Класс нагревостойкости изоляции F
Для всех вариантов форма выступающего конца вала – цилиндрическая, способ соединения с приводным двигателем – упругая муфта. Частоту вращения ротора следует выбирать по предпоследней цифре шифра. Для синхронных генераторов: для четных – 1000 об/мин, для нечетных – 1500 об/мин. Для синхронных двигателей: для четных - 750 об/мин, для нечетных – 600 об/мин. Пояснительная записка проекта (работы) синхронной машины должна содержать следующие разделы: 1. Электромагнитный расчет (выбор электромагнитных нагрузок, типа обмотки, выбор размеров пазов, расчет кривой намагничивания и т.п.). 2. Определение параметров машины (активных и индуктивных сопротивлений установившегося режима, а также переходного и сверхпереходного процессов). 3. Определение постоянных времени переходных процессов, кратностей токов короткого замыкания, ударного тока к.з. 4. Построение векторных диаграмм ЭДС Блонделя или МДС Потье (на выбор). 5. Построение характеристик холостого хода, трехфазного короткого замыкания, регулировочной и угловой.
Целью выполнения проекта (работы) является закрепление знаний, полученных при изучении теоретического курса электрических машин, и ознакомление с основными элементами расчета и конструкции синхронных машин. Используя рекомендуемую литературу, необходимо определить главные размеры машины. По расчетной мощности генератора определяются высота оси вращения, наружный диаметр корпуса, наружный и внутренний диаметры сердечника статора, предварительные значения линейной нагрузки статора, магнитной индукции в воздушном зазоре в номинальном режиме и при холостом ходе. Необходимо иметь в виду, что под длиной машины понимается физическая длина стали статора, включая вентиляционные каналы и изоляцию. Статор нужно разбить на пакеты таким образом, чтобы общая длина пакетов и вентиляционных каналов соответствовала условиям расчета. Далее рассчитывается полюсное деление статора и индуктивные сопротивления машины и реакции якоря по продольной оси. Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюсов принимают K’=1,04-1,08. С учетом этого коэффициента рассчитывается величина воздушного зазора между полюсными наконечниками и сердечником статора и определяется форма зазора. Следует обратить внимание на важность правильного выбора электромагнитных нагрузок А (задается током и размерами) и В? (задается напряжением и размерами). Чем большие значения принимают величины А и В?, тем меньше главные размеры и выше использование активных материалов в машине. Но увеличение электромагнитных нагрузок, сопровождаемое повышением температуры активных частей машины, ограничивается классом нагревостойкости изоляции. При выборе электромагнитных нагрузок следует учитывать, что отношение А/ В? должно находится в определенных пределах, так как его значение влияет на технико-экономически показатели - КПД, Cos?, пусковую характеристику, массу. В главе 11 /2/ приведены рекомендуемые значения А и В?. Также стоит обратить особое внимание на соотношение ?=L/D, так как оптимальные размеры L1 и D1 определяют такие показатели машины, как массу, динамический момент инерции вращающейся части, энергетические и технические показатели. Конструктивная длина сердечника статора L1 при отсутствии в сердечнике радиальных каналов равна расчетной длине, округленной до ближайшего целого числа (при длине менее 100мм) и до ближайшего числа, кратного пяти (при длине более 100мм); соответственно изменится и значение L1. При длине сердечника более 300-350 мм применяются радиальные вентиляционные каналы. В этом случае L1 определяется по формуле (1-33) /2/ с округлением до ближайшего целого числа, кратного пяти. Следует помнить, что магнитная цепь синхронной машины включает в себя пять участков - воздушный зазор, зубцы статора, спинка статора, полюсы, спинка ротора. Зная сечения этих участков, определяют индукции В в них. Затем по кривым намагничивания для данных сортов стали находят соответствующие напряженности поля Н. Умножив Н на длины участков, получают магнитные напряжения, сумма которых определяет МДС обмотки возбуждения. Наибольшее магнитное напряжение здесь приходится на воздушный зазор – оно составляет 86 – 92 % от МДС обмотки возбуждения при Ео = Uн. Для того чтобы построить частичные характеристики намагничивания в о.е. необходимо произвести расчет магнитной цепи при различных значениях потока (желательно полученные расчетные данные свести в таблицу). По окончании всех необходимых расчетов, определяют все магнитные, электрические, механические потери. Рассчитав суммарные потери, определяют КПД при номинальной нагрузке. Определив повышение напряжения на зажимах генератора или двигателя, рассчитывается ОКЗ, кратность установившегося тока к.з. и ударный ток. Необходимо построить угловые характеристики с объяснением построения. Тепловой расчет производится для обмотки статора и обмотки возбуждения в соответствии с расчетом, изложенным в используемой литературе. Вентиляционный расчет служит для выбора системы вентиляции. Также производится полный расчет массы машины, исходя из суммы масс отдельных элементов. Динамический момент инерции ротора так же определяется суммарным значением динамического момента инерции полюсов с катушками, сердечника ротора, вала.
1.3 Расчет и конструирование асинхронных двигателей
Асинхронные двигатели – наиболее распространенный вид электрических машин из-за простоты, надежности, меньшего в сравнении с другими машинами веса, габарита, стоимости и иных достоинств. Они потребляют около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Практически нет отрасли техники и быта, где бы использовались асинхронные двигатели. Потребности народного хозяйства удовлетворяются двигателями основного исполнения единых серий общего назначения. Вместе с тем, требования, предъявляемые к асинхронным двигателям различны, следовательно, в единых сериях предусмотрены различные модификации (электрические, конструктивные, для различных условий окружающей среды и т.д.). В последнее время в России освоен выпуск новых серий асинхронных двигателей серий RA(0,37-100кВт), 5А(0,37-400кВт) и 6А. Разработка 4А, АИ, RA, 5А и 6А базировалась, кроме отечественных стандартов, на рекомендациях МЭК (Международной электротехнической комиссии). В серии 4А 17 габаритов, число ступеней мощности 33, высоты осей вращения 50-355 мм. Асинхронные двигатели разделяются по степени защиты (например: IP 23, IP 44), способу охлаждения (IC 01, IC 0141), способу монтажа (IM 1001). Машины подразделяются по климатическим условиям эксплуатации. /Алиев,128/ , /Гольдберг,112/. Для всех вариантов: 1) номинальный режим работы – продолжительный (S1); 2) частота сети – 50 Гц; 3) исполнение по способу монтажа -IM1001; 4) форма выступающего конца вала – цилиндрическая; 5) способ соединения с приводным механизмом – упругая муфта; 6) климатическое исполнение – У3. В таблицах № приведены данные для расчета асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Таблица№ - данные двигателей серии 4А исполненные по степени защиты IP 44, способ охлаждения IC 0141.
Расчетная записка должна содержать следующие разделы: 1. Выбор главных размеров двигателя. 2. Электромагнитный расчет. 3. Построение круговой диаграммы. 4. Расчет рабочих характеристик. 5. Расчет пусковых характеристик с учетом вытеснения тока и насыщения зубцов ротора (для короткозамкнутых двигателей). 6. Расчет потерь и КПД. 7. Тепловой и вентиляционный расчет. 8. Механический расчет вала и выбор подшипников. 9. Определение удельных весов и сравнение энергетических и весовых показателей с показателями серийных машин.
Расчет асинхронного двигателя начинается с выбора главных размеров: диаметра расточки статора D и расчетной длины пакета статора L?. При расчете и выборе главных размеров, необходимо руководствоваться следующими соображениями. Одним из основных стандартизированных МЭК и СЭВ параметров асинхронных двигателей, наряду с номинальной мощностью, является высота оси вращения. Поэтому главные размеры должны быть выбраны так, чтобы можно было обеспечить высоту оси вращения, /Гольд,115/. Далее производится выбор обмотки, размеров и числа пазов на статор. При этом следует обратить внимание на правильный выбор числа пазов на полюс и фазу q; от величины q во многом зависят параметры и характеристики двигателя. Необходимо также иметь в виду, что двигатели мощностью свыше 5 кВт, как правило, выполняются с двухслойной обмоткой, применение которой позволяет получить лучшую форму кривой МДС и уменьшить расход обмоточного материала. Коэффициент заполнения паза должен выбираться в пределах от 0,65 до 0,75. Обмотку статора электродвигателей с высотами оси вращения до 225 мм выполняют всыпной, а с высотой оси вращения 250 мм и выше – с жесткими секциями из прямоугольного эмальпровода. По технологическим соображениям для статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами выбирают круглый обмоточный провод диаметром не более 1,71 мм (с изоляцией) при ручной укладке и 1,33 мм при машинной. Для статора с прямоугольными полуоткрытыми пазами выбирают провод прямоугольного сечения площадью не более 10 мм2, шириной не более 4,7 мм, а для статора с прямоугольными открытыми пазами выбирают провод прямоугольного сечения площадью не более 18 мм2, шириной не более 7,4 мм. При этом высота эффективного проводника аэф ограничена (для низковольтных машин - не более 2,12 мм, для высоковольтных машин – не более 2,5мм). Следует отметить, что один эффективный проводник может состоять из нескольких элементарных. Для повышения использования электродвигателей, т.е. снижения удельного расхода материалов на единицу мощности (кг/кВт) при проектировании электродвигателей с высотой оси вращения до 160 мм применяют изоляцию класса В, а электродвигателей с большей высотой оси вращения - изоляцию класса F. При выборе числа пазов короткозамкнутого ротора следует учитывать рекомендованные соотношения чисел пазов статора и ротора при прямых и скошенных пазах. Расчет магнитной цепи производят в следующем порядке: определяются размеры и сечения магнитной цепи, средние длины магнитных силовых линий, индукции в расчетных сечениях на каждом участке, намагничивающие силы на отдельных участках и суммарную намагничивающую силу (МДС). Магнитная цепь асинхронной машины включает в себя следующие участки – воздушный зазор, зубцы статора, зубцы ротора, спинку статора, спинку ротора. Для асинхронных двигателей не требуется строить характеристику Ф=f(Fm), так как он при U= const работает при практически постоянном магнитном потоке, соответствующем постоянной намагничивающей силе холостого хода. Затем рассчитывают параметры двигателя для рабочего режима (активные и индуктивные сопротивления) и по ним рассчитывают и строят круговую диаграмму. По круговой диаграмме следует определить и построить рабочие характеристики I1, Cos?, ?, s=f (P2) и определить величину максимального момента. Допускается аналитический расчет рабочих характеристик. Должны быть рассчитаны все составляющие потерь. Получаемые в результате расчета значения кратности максимального момента должны быть не менее 2,2 (для электродвигателей с высотой оси вращения более 160 мм допускается Мм/Мн ? 1,9). Величина кратности начального пускового момента для электродвигателей мощностью до 7,5 кВт должна быть не менее 2,0; от 11 до 110 кВт не менее 1,2 и свыше 110 кВт не менее 0,9. номинальные значения кратности пускового тока должны быть не более 7,5. Тепловой расчет следует проводить в соответствии с указаниями пособия для продолжительного номинального режима работы. Заданием предусмотрены два конструктивных исполнения электродвигателей по способу защиты от воздействия окружающей среды: защищенное (IP23) и закрытое (IP44). Валы и подшипники рассчитывают в соответствии с рекомендациями литературы /гольд/. Выводное устройство электродвигателей должно быть в виде коробки выводов закрытого исполнения. Коробка выводов электродвигателей с высотами оси вращения до 250 мм располагается сверху, а с высотами оси вращения 280-355 – с правой стороны свободного конца вала. Коробка выводов должна иметь доску зажимов, быть поворотной с фиксацией через каждые 900. в коробке выводов предусматривается болт для присоединения заземляющей жилы, второй болт должен быть в станине двигателя. Конструкция асинхронных двигателей должна соответствовать в основном конструкции машин серии RA, 4A, 5A, 6A, АИ /Алиев/.
1.4 Расчет и конструирование машин постоянного тока
Параметры Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Номинальная мощность, кВт 4,5 8 11 14 19 25 42 75 125 200 Возбуждение Параллель ое со стабилизирующей последовательной обмоткой Источник и условия питания Тиристорные преобразователи с коэффициентом пульсации не более 1,1 Степень защиты IP44 IP22 Способ охлаждения IC0141 IC 1 Исполнение по монтажу IM1001 Климатические условия У4 Форма выступающего конца вала Цилиндрическая Способ соединения Упругая муфта Предпоследняя цифра шифра 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Номинальная скорость вращения, об/мин 3000 2200 1500 1000 750 3000 2200 1500 1000 750 Напряжение, В 220 440 220 440 220 440 20 220 220 440
Примечание: если сочетание предпоследней и последней цифр шифра дают варианты, по которым двигатели мощностью 75, 125 и 200 кВт следует выполнять на скорость вращения 2200 и 3000 об/мин, то надо считать, что задана скорость вращения 1500 об/мин.
Пояснительная записка проекта должна содержать следующие разделы: 1. Выбор главных размеров машины с расчетом вариантов. 2. Электромагнитный расчет. 3. Расчет потерь и КПД. 4. Тепловой расчет. 5. Механический расчет вала и выбор подшипников. 6. Определение удельных весов, сравнение полученных показателей с показателями серийных машин. Расчет начинается с выбора главных размеров (диаметра D и длины l). Между объемом активной части электрической машины, ее мощностью и скоростью вращения существует определенная зависимость. Коэффициент пропорциональности между этими важнейшими параметрами электрической машины называется «машинной постоянной», а коэффициент, обратный «машинной постоянной», называется коэффициентом использования. Величина «машинной постоянной» определяется выбором основных электромагнитных нагрузок: магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки якоря А. Рекомендации по выбору величин электромагнитных нагрузок приведены в указанной литературе. Выбор диаметра якоря производится по заданной мощности и скорости вращения. При этом надо учесть, что диаметры листов сердечника якоря стандартизированы, чтобы иметь минимальные отходы при штамповке из стандартных листов электротехнической стали. Для выбранного диаметра якоря рассчитывается длина его активной части. Электрическая машина заданной мощности и скорости вращения может быть выполнена на разных диаметрах якоря и соответственно с разной длиной сердечника якоря. Однако существует оптимальное отношение длины сердечника к его диаметру или полюсному делению, рекомендуемое в учебной литературе. Поэтому расчет и выбор главных размеров электрической машины следует производить в двух – трех вариантах. Для двух – трех значений диаметров якоря найти соответствующие длины сердечника. Выбор оптимального варианта должен быть произведен по наилучшему отношению ?=L/D. Далее следует выбрать обмотку якоря и способ укладки проводников в пазу, наметить размеры паза. При этом исходя из связи магнитного потока с электродвижущей силой и скоростью вращения выявить число эффективных проводников обмотки якоря. Так как все современные машины постоянного тока, как правило, выполняют с двухслойной обмоткой якоря, число эффективных проводов обязательно должно быть числом четным. Выбрав число полюсов 2р и число параллельных ветвей обмотки якоря 2а и задавшись числом пазов якоря, можно найти приходящееся на один паз число эффективных проводников. Число витков катушки должно состоять из двух сомножителей. Один сомножитель должен быть равным числу элементарных пазов (другими словами, числу сторон элементарных секций), приходящихся на один реальный паз, а другой – числу витков якорной секции. Чтобы избежать в четырехполюсной машине (2р=4) при простой волновой обмотке «мертвых» проводников, необходимо выбрать нечетное число реальных пазов и элементарных пазов в одном реальном. Во всех случаях (при петлевой, волновой и других обмотках) следует применять равносекционные шаблонные обмотки. Иначе говоря, шаг по реальным пазам должен быть целым числом. Число элементарных пазов в якоре, равное числу коллекторных пластин, не должно быть слишком малым, так как иначе среднее напряжение между смежными коллекторными пластинами может превзойти допускаемый предел (около 18 В). С другой стороны, не следует выбирать и слишком большое число коллекторных пластин, так как это может привести к недопустимо малой ширине коллекторной пластины, в которую невозможно будет впаять концы якорных проводников. В машинах с добавочными полюсами необходимо произвести расчет обмотки добавочных полюсов. Для этого определить МДС поперечной реакции якоря на полюс и, задавшись отношением МДС обмотки добавочного полюса к МДС поперечной реакции якоря, найти число витков на один добавочный полюс. Одним из важнейших разделов является расчет магнитной цепи, который производится в следующем порядке: определяются размеры и сечения магнитной цепи, средние длины магнитных силовых линий, индукции в расчетных сечениях на каждом участке, намагничивающие силы на отдельных участках и суммарная МДС. По результатам расчета строится характеристика намагничивания и переходная характеристика. В результате расчета магнитной цепи определяются необходимые данные для расчета обмоток возбуждения. Далее следует произвести расчет коммутационных параметров, выбрать щетки. Для расчета КПД машины надо определить все составляющие суммарных потерь. Тепловой расчет должен дать представление о превышении температуры обмоток машины и коллектора. Можно пользоваться упрощенным методом теплового расчета. Полученные значения превышений температуры отдельных частей машины должны быть сравнены с допустимыми превышениями температуры для примененного класса изоляции (ГОСТ). Конструкция машин постоянного тока должна соответствовать конструкциям машин серии 2П, 4П. Литература 1. Тихомиров В.Н. Расчет трансформаторов. Учебное пособие для вузов. - М: Энергоатомиздат, 1986. 2. Гольдберг О.Д. , Гурин Я.С., Свириденко Проектирование электрических машин. 3. Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов.- 2-е изд., перераб. – М.: Высш.шк., Логос; 2000. 4. Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. 5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат,1989 6. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учебное пособие для вузов.- 2-е изд.,доп. – М.: Высш. шк., 2000. 7. Кацман М.М. Электрические машины: Учеб. для студентов сред. проф. учебных заведений. – 3-е изд., испр. – М.: Издательский центр «Академия»; 2001. 8. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. – М.: Высшая школа, 1994. 9. Проектирование электрических машин. В 2-х кн./ И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. М.: Энергоатомиздат, 1993. 10. Электротехническ й справочник: В 4 т. Т.2. Электротехнические изделия и устройства./ Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. И.Н. Орлов). – М.: Издательство МЭИ,1998. 11. Антонов М.В. Технология производства электрических машин. – М.: Энергоатомиздат, 1993.
РГЗ для студентов специальности 180400 по дисциплине «Электрические машины»
Задача №1 Трансформаторы
1. Определить фазные и линейные значения напряжений и токов в номинальном режиме. 2. Определить параметры схемы замещения, приведенные к первичной обмотке, активную и реактивную составляющие напряжений короткого замыкания. Начертить схему замещения. 3. Определить число Вольт на один виток обмотки. 4. Определить долевое значение нагрузки, соответствующее максимальному КПД. 5. Трансформатор включен на параллельную работу с другими такими же трансформаторами. Определить распределение нагрузок и допустимую суммарную нагрузку при Cos?=0,8, для следующих случаев: а) один из трансформаторов включен на ответвление +5%, т.е. коэффициент трансформации увеличен на 5%, другой на ответвление, соответствующее номинальному напряжению. Для этого случая построить векторную диаграмму в масштабе. б) напряжение короткого замыкания одного из трансформаторов равно 1,2 номинального напряжения короткого замыкания другого трансформатора. Примечание: Первичной обмоткой (присоединенной у питающей сети) считается обмотка высшего напряжения. Выбор варианта осуществляется по двум последним цифрам шифра в соответствии с таблицей. При U2=
