Указания к выполнению отдельных разделов проекта
УЧЕБНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Методическое пособие
по курсу
"Проектирование электрических машин"
для студентов, обучающихся по направлению
"Электротехника, электромеханика и электротехнологии" и
по специальности
"Электромеханика "
Издательство МЭИ
Москва 2002
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
––––––––––––––––
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Г.А. СЕМЕНЧУКОВ
УЧЕБНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Методическое пособие
по курсу
"Проектирование электрических машин"
для студентов, обучающихся по направлению
"Электротехника, электромеханика и электротехнологии" и
по специальности
"Электромеханика "
Издательство МЭИ
Москва 2002
УДК
621.313
С
УДК: 621. 313.333.001.63(077)
Утверждено учебным управлением МЭИ
Подготовлено на кафедре электромеханики
Семенчуков Г.А.
Учебное проектирование асинхронных двигателей. Методическое пособие по курсу «Проектирование электрических машин» для студентов, обучающихся по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и по специальности «Электромеханика» – М.: Издательство МЭИ, 2002. 24 с.
Формулируется цель и определяется содержание курсового проекта асинхронных двигателей. Даются методические указания к выполнению каждого из разделов проекта. Определены содержание и объем графической части проекта. Приведены требования, предъявляемые студентам при защите выполненного проекта, рекомендуемое содержание доклада и основные темы вопросов на защите.
Методические указания рассчитаны на студентов, обучающихся по направлению 551300 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по специальности 180100 «Электромеханика» и ряду других, связанных с эксплуатацией и проектированием электромеханических систем и установок, частью которых являются асинхронные двигатели.
© Московский энергетический институт, 2002
Общие положения
Учебное проектирование асинхронных двигателей проводится студентами, обучающимися по направлению 551300 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по специальности 180100 «Электромеханика» и ряду других, связанных с эксплуатацией, производством и проектированием электромеханических систем и установок, силовой частью которых являются асинхронные двигатели. При выполнении курсового проекта студенты приобретают практические навыки синтеза электромагнитной, тепловентиляционной и механической подсистем асинхронного двигателя, разработки их конструкции и анализа работоспособности, принятия проектных решений на основе знаний, полученных при изучении теоретических курсов по теоретическим основам электротехники, электрическим машинам, проектированию электрических машин и ряда других, входящих в программы специализаций. Курсовой проект состоит из основной и исследовательской частей и рассчитан на выполнение в течение одного учебного семестра.
2. Техническое задание
Задание на курсовой проект выдается руководителем проекта, назначенным кафедрой. В задании указываются номинальные данные машины, ее режим работы, исполнения по способам монтажа и охлаждения, степени защиты от окружающей среды. Помимо этого могут быть заданы дополнительные требования, например, наименьшее допустимое значение кратностей пускового и максимального моментов, предельные значения пускового тока и т. п. Требования к проектируемой машине, не оговоренные в задании, должны удовлетворять соответствующим ГОСТам.
Задание на исследовательскую часть проекта выдается руководителем исходя из результатов, полученных при выполнении основной части проекта.
При работе над проектом, если нет специальных указаний руководителя, следует ориентироваться на конструктивное исполнение, принятое в двигателях серий 4А или АИ.
Содержание курсового проекта
Курсовой проект выполняется на основании технического задания. В приложении 1 указан в процентах примерный объем работы, необходимой для выполнения каждого раздела проекта. График выполнения проекта с указанием сроков выполнения отдельных разделов по неделям семестра сообщается студентам при выдаче задания.
Отдельные части проекта должны быть выполнены и представлены для проверки руководителю в сроки, указанные в графике. Это дает возможность своевременно исправить допущенные студентами ошибки и организовать равномерную работу над проектом в течение семестра.
К защите проекта должны быть представлены чертежи спроектированной машины и пояснительная записка.
Таблица 1.Объем и график выполнения основных разделов курсового проекта
| № п/п | Разделы проекта | Объем в % | Сроки выполнения |
| Выбор главных размеров | |||
| Обмотка и зубцовая зона статора | |||
| Воздушный зазор. Обмотка и зубцовая зона ротора | |||
| Расчет рабочих и пусковых характеристик | |||
| Разработка конструкции | |||
| Механические расчеты | |||
| Тепловой и вентиляционный расчеты | |||
| Исследовательская часть проекта | |||
| Оформление пояснительной записки, завершение чертежей | |||
| Итого |
Учебные пособия
Основным учебным пособием при выполнения учебных проектов асинхронных машин является учебник «Проектирование электрических машин» [I], в котором рассмотрена конструкция машин и приведена методика их проектирования. Для более глубокой проработки материала следует использовать также и другую специальную литературу.
В [2] приведены технические данные и описаны особенности конструкции и области применения электрических машин, дана классификация электрических машин, системы их охлаждения, типы и конструкция обмоток, приведены методы испытаний электрических машин, основные сведения по стандартизации в электромашиностроении, по вопросам надежности и по организации технического обслуживания и ремонта электрических машин.
Справочный материал по обмоточным данным и размерам активной части асинхронных двигателей серии 4А [3] рекомендуется использовать для сопоставления с результатами, полученными при выполнении курсового проекта. В [4] дана характеристика асинхронных двигателей серии АИ, приводится описание их конструкции и технологии производства, подробно разобраны расчетные методики. Новые принципы разработки и освоения единых серий асинхронных двигателей с учетом современной конъюнктуры рыночной экономики в нашей стране на примере серии РА рассмотрены в [5].
Основные принципы синтеза конструкции асинхронного двигателя при выбранных размерах активной части машины и стандартных установочных и присоединительных размерах рассмотрены в [6]. При разработке конструкции можно руководствоваться имеющимися в кабинете проектирования чертежами асинхронных машин, близких по мощности и габаритам к заданным в проектном задании, и их деталей. Следует также более подробно познакомиться с конструкцией изоляции и изоляционными материалами, применяемыми в асинхронных двигателях различных мощностей и напряжений.
Защита проекта
Защита проекта проходит перед комиссией из 2-3 преподавателей, включая руководителя проекта, в присутствии всех желающих студентов и преподавателей.
К защите допускаются проекты, подписанные автором и утвержденные руководителем. Подписи руководителя должны быть на всех чертежах и пояснительной записке. Пояснительная записка во время защиты передается в комиссию вместе с зачетной книжкой.
В начале защиты студент делает 4-5-минутное сообщение о выполненной работе, которое должно содержать следующие разделы:
· задание на проект;
· главные размеры, их привязка к высоте оси вращения;
· основные конструкторские и расчетные решения, принятые при проектировании электромагнитной подсистемы (конструкция и схема обмотки статора, марка провода, класс нагревостойкости изоляции, форма и число пазов статора, число пазов на полюс и фазу, воздушный зазор, тип обмотки ротора, ее материал, форма и число пазов ротора, материал и конструкция сердечников статора и ротора);
· основные характеристики: КПД, коэффициент мощности, кратности пускового и максимального моментов, кратность пускового тока;
· основные конструкторские решения, принятые при проектировании механической и тепловентиляционной подсистем (исполнения по степени защиты и способу охлаждения, исполнение по способу монтажа, материал корпуса и подшипниковых щитов, подшипниковые узлы, система вентиляции);
· задание исследовательской части проекта, результаты проведенных исследований и выводы на основе их сопоставления с основным вариантом.
После сообщения защищающемуся могут быть заданы несколько вопросов, относящихся к спроектированной машине и к общей теории, расчету и конструкции машин данного типа. Вопросы также могут касаться исследовательской части проекта. Чтобы правильно ответить на них, необходима серьезная подготовка к защите проекта. Вопросы могут относиться к следующим темам:
1. Выбор главных размеров, электромагнитных нагрузок и конструктивного исполнения асинхронного двигателя.
2. Конструкция отдельных деталей и сборочных единиц спроектированного двигателя, их назначение и факторы, определяющие размеры и конструктивное исполнение.
3. Методы электромагнитного, теплового и механического расчетов отдельных элементов машины; метод вентиляционного расчета, примененный в проекте; уровень допускаемых нагрузок отдельных элементов машины и полученные в проекте результаты.
4. Обмотки статора и ротора, их конструкция, изоляционные материалы, крепление обмоток; схемы обмоток статора и ротора. Конструктивное исполнение обмоток в машинах различной мощности и напряжения.
5. Основы теории асинхронных машин; схемы замещения, влияние различных факторов на величину параметров схемы замещения.
6. Вопросы эксплуатации асинхронных машин, рабочие и пусковые характеристики, методы пуска и реверса, режимы работы.
Для подготовки ответов следует восстановить в памяти сведения, полученные из курса лекций по проектированию электрических машин, а также изучить соответствующие разделы учебника. Темы 5 и 6 требуют, кроме того, повторения разделов общего курса электрических машин, относящихся к асинхронным машинам.
9. Контрольные вопросы
Ниже в качестве примера приводятся некоторые из вопросов, которые могут быть заданы по каждой из тем при защите проекта.
Тема 1.
1. От чего зависят главные размеры машины? Будут ли отличаться главные размеры машин, спроектированных на одну и ту же мощность, но на различную частоту вращения, на различное номинальное напряжение?
2. Какая индукция в воздушном зазоре допускается в машинах, аналогичных спроектированной, и что ограничивает возможность ее увеличения?
3. Что такое «машинная постоянная» и от чего она зависит?
Тема 2.
1. Какими способами может быть закреплена сталь сердечника статора в корпусе, какая конструкция крепления принята в спроектированном двигателе?
2. Чем обеспечивается точная центровка ротора в расточке статора при сборке двигателя?
3. Какие данные служат исходными при выборе подшипников? Какие подшипники установлены на спроектированной машине?
Тема 3.
1. Какие факторы принимаются во внимание при выборе величины воздушного зазора? Влияет ли его величина: на ток холостого хода двигателя, на поток, на коэффициент мощности?
2. Почему в статорах с обмоткой из круглого провода выполняют зубцы с параллельными стенками? Зависит ли допустимое значение индукции в зубце от его конфигурации?
3. Чем определяются тепловые сопротивления пазовой изоляции и поверхности лобовых частей обмотки?
Тема 4.
1. Что определило выбор числа пазов на полюс и фазу в спроектированной машине? К чему бы привело увеличение или уменьшение этого числа?
2. Обоснуйте выбранную в проекте конструкцию обмотки статора (ротора). Возможны ли другие варианты и чем они хуже или лучше принятого?
3. Перечислите достоинства и недостатки всыпной обмотки статора. Почему всыпную обмотку не применяют в асинхронных машинах большой мощности?
Тема 5.
1. Какие параметры схемы замещения спроектированной машины меняются при изменении скольжения от единицы до номинального? Чем объясняется это изменение?
2. Как зависят максимальный и пусковой моменты от активных и индуктивных сопротивлений статора и ротора?
3. Как влияет изменение нагрузки двигателя на основной поток и на поток пазового рассеяния?
Тема 6.
1. Можно ли двигатель, предназначенный для работы при повторно-кратковременном режиме ПВ25%, эксплуатировать с номинальной нагрузкой при режиме ПВ40%?
2. Как изменяется пусковой и максимальный моменты двигателя, если его короткозамкнутый ротор, имеющий прямоугольные пазы, заменить ротором с двойной беличьей клеткой (при равенстве активных сопротивлений обмоток обоих роторов)?
3. Как отразится увеличение или уменьшение напряжения питающей сети на коэффициенте мощности и КПД асинхронного двигателя, работающего с номинальной нагрузкой?
Помимо перечисленных тем вопросы могут касаться результатов, полученных в процессе расчета проекта, например: какая плотность тока выбрана в обмотке статора (ротора); чему равны потери в стали статора; каково номинальное скольжение двигателя и т. п.
Для ответов на эти вопросы не обязательно помнить наизусть все цифры. При защите с разрешения комиссии можно использовать пояснительную записку, как справочный материал. Однако быстро найти в ней нужную цифру часто бывает трудно. В связи с этим рекомендуется при подготовке к защите проекта заполнить приложение 3 к настоящим указаниям для основного и исследовательского вариантов проекта и использовать его при сообщении о выполненном проекте и ответах на вопросы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Копылов И.П., Горяинов Ф.А., Клоков Б.К. и др. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2001. с.
2. Справочник по электрическим машинам в 2 т. /Под общей ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. М.: Энергоатомиздат, 1988. 456 с., т.2. М.: Энергоатомиздат, 1989. 687 с.
3. Справочник. Асинхронные двигатели серии 4А /А.Д. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская. М.: Энергоиздат, 1982 504 с.
4. Унифицированная серия асинхронных двигателей Интерэлектро. Под ред. В.И. Радина. М., Энергоатомиздат, 1990.
5. Попов В.И., Ахунов Т.А., Макаров Л.И.. Современные асинхронные электрические машины: Новая Российская серия RA. М., Энергоатомиздат, 1999.
6. Конструирование асинхронных электрических машин /М.В. Антонов, Г.А. Семенчуков. М.: изд-во МЭИ, 1996, 27с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Титульный лист курсового проекта
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
МОСКВА
200 г.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Сводные данные расчета асинхронного двигателя
I. Классификационные показатели
….кВт; 
….В; 
….об/мин.
II. Основные результаты расчета
| № п/п | Наименование | Обоз-начение | Раз-мер-ность | Величина | |
| Основной вариант | Исследова-тельский вариант | ||||
| Номинальный ток |  | А | |||
| Номинальный КПД |  | - | |||
| Номинальный коэффициент мощности |  | - | |||
| Номинальное скольжение |  | - | |||
| Ток холостого хода |  | А | |||
| Отношение тока холостого хода к номинальному |  | - | |||
| Коэффициент мощности холостого хода |  | - | |||
| Кратность пускового тока |  | - | |||
| Кратность пускового момента |  | - | |||
| Кратность максимального момента |  | - |
III. Главные размеры и основные параметры магнитопровода
| № п/п | Наименование | Обоз-наче-ние | Раз-мер-ность | Величина | |
| Основной вариант | Исследо-вательский вариант | ||||
| Высота оси вращения |  | мм | |||
| Наружный диаметр статора |  | мм | |||
| Внутренний диаметр статора |  | мм | |||
| Расчетная длина воздушного зазора |  | мм | |||
| Длина сердечника статора |  | мм |
Продолжение приложения 2
| Длина сердечника ротора |  | мм | |||
| Полюсное деление |  | мм | |||
| Воздушный зазор | | мм | |||
| Отношение расчетной длины воздушного зазора к полюсному делению |  | - | |||
| Коэффициент воздушного зазора |  | - | |||
| Число пазов статора |  | - | |||
| Число пазов ротора |  | - |
IV. Электромагнитные нагрузки
| № п/п | Наименование | Обоз-наче-ние | Раз-мер-ность | Величина | |
| Основной вариант | Исследо-вательский вариант | ||||
| Индукция в воздушном зазоре |  | Тл | |||
| Линейная нагрузка |  | А/м | |||
| Индукция в зубцах статора |  | Тл | |||
| Индукция в зубцах ротора |  | Тл | |||
| Индукция в ярме статора |  | Тл | |||
| Индукция в ярме ротора |  | Тл | |||
| Плотность тока в обмотке статора |   |  | |||
| Плотность тока в обмотке ротора |  | |
V. Обмоточные данные
| Наименование | Обоз-наче-ния | Статора | Ротора | ||
| Основной вариант | Исследова-тельский вариант | Основной вариант | Исследова-тельский вариант | ||
| Число пазов на полюс и фазу |  | ||||
| Число витков в фазе |  | ||||
| Укорочение шага |  | ||||
| Площадь поперечного сечения обмоточного провода, мм2 |  |
Продолжение приложения 2
| Число элементарных проводников |  | ||||
| Сечение эффективного проводника, мм2 |  | ||||
| Число эффективных проводников в пазу |  | ||||
| Коэффициент заполнения паза (для всыпных обмоток) |  | ||||
| Средняя длина витка, мм |  | ||||
| Вылет лобовых частей, мм |  |
УЧЕБНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Методическое пособие
по курсу
"Проектирование электрических машин"
для студентов, обучающихся по направлению
"Электротехника, электромеханика и электротехнологии" и
по специальности
"Электромеханика "
Издательство МЭИ
Москва 2002
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
––––––––––––––––
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Г.А. СЕМЕНЧУКОВ
УЧЕБНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Методическое пособие
по курсу
"Проектирование электрических машин"
для студентов, обучающихся по направлению
"Электротехника, электромеханика и электротехнологии" и
по специальности
"Электромеханика "
Издательство МЭИ
Москва 2002
УДК
621.313
С
УДК: 621. 313.333.001.63(077)
Утверждено учебным управлением МЭИ
Подготовлено на кафедре электромеханики
Семенчуков Г.А.
Учебное проектирование асинхронных двигателей. Методическое пособие по курсу «Проектирование электрических машин» для студентов, обучающихся по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и по специальности «Электромеханика» – М.: Издательство МЭИ, 2002. 24 с.
Формулируется цель и определяется содержание курсового проекта асинхронных двигателей. Даются методические указания к выполнению каждого из разделов проекта. Определены содержание и объем графической части проекта. Приведены требования, предъявляемые студентам при защите выполненного проекта, рекомендуемое содержание доклада и основные темы вопросов на защите.
Методические указания рассчитаны на студентов, обучающихся по направлению 551300 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по специальности 180100 «Электромеханика» и ряду других, связанных с эксплуатацией и проектированием электромеханических систем и установок, частью которых являются асинхронные двигатели.
© Московский энергетический институт, 2002
Общие положения
Учебное проектирование асинхронных двигателей проводится студентами, обучающимися по направлению 551300 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по специальности 180100 «Электромеханика» и ряду других, связанных с эксплуатацией, производством и проектированием электромеханических систем и установок, силовой частью которых являются асинхронные двигатели. При выполнении курсового проекта студенты приобретают практические навыки синтеза электромагнитной, тепловентиляционной и механической подсистем асинхронного двигателя, разработки их конструкции и анализа работоспособности, принятия проектных решений на основе знаний, полученных при изучении теоретических курсов по теоретическим основам электротехники, электрическим машинам, проектированию электрических машин и ряда других, входящих в программы специализаций. Курсовой проект состоит из основной и исследовательской частей и рассчитан на выполнение в течение одного учебного семестра.
2. Техническое задание
Задание на курсовой проект выдается руководителем проекта, назначенным кафедрой. В задании указываются номинальные данные машины, ее режим работы, исполнения по способам монтажа и охлаждения, степени защиты от окружающей среды. Помимо этого могут быть заданы дополнительные требования, например, наименьшее допустимое значение кратностей пускового и максимального моментов, предельные значения пускового тока и т. п. Требования к проектируемой машине, не оговоренные в задании, должны удовлетворять соответствующим ГОСТам.
Задание на исследовательскую часть проекта выдается руководителем исходя из результатов, полученных при выполнении основной части проекта.
При работе над проектом, если нет специальных указаний руководителя, следует ориентироваться на конструктивное исполнение, принятое в двигателях серий 4А или АИ.
Содержание курсового проекта
Курсовой проект выполняется на основании технического задания. В приложении 1 указан в процентах примерный объем работы, необходимой для выполнения каждого раздела проекта. График выполнения проекта с указанием сроков выполнения отдельных разделов по неделям семестра сообщается студентам при выдаче задания.
Отдельные части проекта должны быть выполнены и представлены для проверки руководителю в сроки, указанные в графике. Это дает возможность своевременно исправить допущенные студентами ошибки и организовать равномерную работу над проектом в течение семестра.
К защите проекта должны быть представлены чертежи спроектированной машины и пояснительная записка.
Таблица 1.Объем и график выполнения основных разделов курсового проекта
| № п/п | Разделы проекта | Объем в % | Сроки выполнения |
| Выбор главных размеров | |||
| Обмотка и зубцовая зона статора | |||
| Воздушный зазор. Обмотка и зубцовая зона ротора | |||
| Расчет рабочих и пусковых характеристик | |||
| Разработка конструкции | |||
| Механические расчеты | |||
| Тепловой и вентиляционный расчеты | |||
| Исследовательская часть проекта | |||
| Оформление пояснительной записки, завершение чертежей | |||
| Итого |
Учебные пособия
Основным учебным пособием при выполнения учебных проектов асинхронных машин является учебник «Проектирование электрических машин» [I], в котором рассмотрена конструкция машин и приведена методика их проектирования. Для более глубокой проработки материала следует использовать также и другую специальную литературу.
В [2] приведены технические данные и описаны особенности конструкции и области применения электрических машин, дана классификация электрических машин, системы их охлаждения, типы и конструкция обмоток, приведены методы испытаний электрических машин, основные сведения по стандартизации в электромашиностроении, по вопросам надежности и по организации технического обслуживания и ремонта электрических машин.
Справочный материал по обмоточным данным и размерам активной части асинхронных двигателей серии 4А [3] рекомендуется использовать для сопоставления с результатами, полученными при выполнении курсового проекта. В [4] дана характеристика асинхронных двигателей серии АИ, приводится описание их конструкции и технологии производства, подробно разобраны расчетные методики. Новые принципы разработки и освоения единых серий асинхронных двигателей с учетом современной конъюнктуры рыночной экономики в нашей стране на примере серии РА рассмотрены в [5].
Основные принципы синтеза конструкции асинхронного двигателя при выбранных размерах активной части машины и стандартных установочных и присоединительных размерах рассмотрены в [6]. При разработке конструкции можно руководствоваться имеющимися в кабинете проектирования чертежами асинхронных машин, близких по мощности и габаритам к заданным в проектном задании, и их деталей. Следует также более подробно познакомиться с конструкцией изоляции и изоляционными материалами, применяемыми в асинхронных двигателях различных мощностей и напряжений.
Указания к выполнению отдельных разделов проекта