Кавминводский институт сервиса

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Южно-Российский государственный университет
экономики и сервиса»
(ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
Кавминводский институт сервиса (филиал)
(КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
Курилов В.Ф.
Методические указания к курсовому проекту по
дисциплине «Сервис вращающихся электрических машин».
Пятигорск
2012 г.
УДК 621.3
ББК 39.29
К
93
Кафедра «Информационные системы, технологии и связь»
Составитель:
доцент кафедры «ИСТС», к.т.н Курилов В.Ф.
Рецензент:
доцент кафедры «ИСТС» к.т.н. Иванов Е.С.
Сервис
вращающихся
электрических
машин
Методические указания к курсовому проекту – Пятигорск:
КМВИС, 2012г. – 20с.
Методические указания предназначены для оказания
помощи студентам в выполнении курсового проекта по
дисциплине «Сервис вращающихся электрических машин».
Выполнение проекта позволит студенту получить
практические навыки в разработке документации при
выполнении одной из наиболее часто встречающихся операций
на электроремонтном предприятии – капитальном ремонте
асинхронных электродвигателей.
Методические указания печатается по решению
Методического совета КМВИС для внутривузовского
пользования (протокол № 9 от 14.05.2012г.)
© КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»
© Курилов В.Ф.
Содержание.
Введение
1.Содержание и оформление проекта
2. Предварительные измерения и расчеты
3. Расчет основных параметров
4. Расчет электрических нагрузок
5. Схема обмотки статора
Список используемой литературы
4
5
6
6
11
13
23
Введение
Одним из наиболее сложных и трудоемких элементов
сервиса электрических машин является их капитальный ремонт.
Зачастую
капитальный
ремонт
является
следствием
повреждения электрической машины, произошедшего в
результате износа механической части (чаще всего
подшипников), нарушения изоляции в результате ее
естественного старения или неправильной эксплуатации. В
общем количестве эксплуатируемых, а следовательно, и
подвергающихся ремонту электрических машин, асинхронные
двигатели
с
короткозамкнутым
ротором
составляют
наибольшую часть. Поэтому предлагаемые методические
указания предназначены для оказания помощи студентам в
расчетах при капитальном ремонте именно этого класса
электрических машин. В асинхронных двигателях с коротко
замкнутым ротором повреждения в электрической части чаще
всего связаны с якорной обмоткой статора, которую
в_значительной части случаев приходится перематывать.
Эта задача осложняется при отсутствии обмоточных
данных, поскольку обмотку приходится рассчитывать заново.
Перемотка двигателя не обязательно связана с
повреждением обмотки. Это может быть вызвано, например,
изменением номинального напряжения двигателя, скорости его
вращения, замене медных проводников на алюминиевые или
алюминиевых на медные с изменением их размеров и в других
случаях. Расчетно-графическая часть проекта предусматривает
разработку якорной обмотки
асинхронного двигателя
защищенного исполнения.
Методические указания ни в коей мере не заменяют
учебников, справочных пособий и другой литературы,
необходимой для выполнения настоящего проекта и глубокого
изучения вопросов, касающихся эксплуатации, ремонта и других
аспектов сервиса электрических машин.
1.СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТА
Проект состоит из расчетной и графических частей.
Объем и оформление должны соответствовать СТП 01-01.
Расчетная часть оформляется в виде пояснительной записки
объемом 25-55 страниц рукописного текста или 20-40 страниц
печатного текста на листах формата А4. Текст пояснительной
записки оформляется на формах, установленных ГОСТ 2.104.
Расстояние от рамки формы до абзаца 20 мм, до границ текста
слева и справа 3-5мм; сверху и снизу-10мм. Нумерация страниц
сквозная, в правом верхнем углу листа, причем, титульный лист
считается первым, лист задания – вторым, но номера на них не
проставляются. За титульным листом следует задание на проект.
После задания располагают оглавление, обычно состоящее из
следующих разделов: введение; основная часть; заключение;
список использованных источников; приложения.
За оглавлением следует основное содержание расчетнопояснительной записки.
Принципиальные схемы и рисунки выполняются
карандашом на миллиметровой бумаге форматом 297×210,
297×420 и вносятся в пояснительную записку в логической
последовательности. При выполнении проекта в печатном виде
на принтере так же выполняется и графическая часть.
Помимо расчетов в состав пояснительной записки должно
быть включено освещение тем, касающихся организации и
технологии ремонтов. Темы для конкретного проекта задаются
преподавателем, примерный их перечень приводится ниже.
1.Организация
электроремонтного
производства:
структура, оборудование, численность персонала.
2.Содержание текущего
и капитального ремонтов.
Предремонтные испытания.
3.Разборка и дефекация электрических машин.
4.Механический ремонт деталей и узлов электрических
машин.
5.Ремонт и укладка обмоток электрических машин.
6.Сборка и испытания электрических машин после
ремонта.
7.Возможные неисправности, методы их выявления и
устранения в машинах постоянного тока.
8.Возможные неисправности, методы их выявления и
устранения в асинхронных электродвигателях.
9.Неисправности
электромашинных
возбудителей
синхронных генераторов, методы их выявления и устранения.
10.Неисправности в электрической части синхронных
машин. Методы их выявления и устранения.
2.ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ И РАСЧЕТЫ.
При капитальном ремонте конструкция сердечника
статора не меняется. Для расчета новой обмотки необходимо в
результате измерений получить следующие данные:
а) внутренний диаметр расточки стали статора D1;
б) наружный диаметр активной стали Da;
в) Высота зубца статора h1;
г) полная длина активной части L1,число пазов Z1, число
и размеры радиальных вентиляционных каналов (при их
наличии);
д) воздушный задор между статором и ротором δ.
Для выполнения курсового проекта перечисленные
исходные величины указываются в задании.
При наличии радиальных вентиляционных каналов по
заданным измерений производится расчет длины активной стали
статора
3. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Расчет параметров начинается с определения числа
эффективных витков фазы обмотки статора
w1 = k EU 1 /( 4.44  f  k об1 ф),
(1)
где U 1 - фазное напряжение, В; f – частота, Гц; Ф
магнитный поток, Вб; k об1 - обмоточный коэффициент, равный
0,95 – 0,96 для однослойных обмоток и 0,91 – 0,92 – для

E
/
U

0
.
96

0
.
98
.
E
1
1
двухслойных, k
Магнитный поток, в свою очередь, равен
Ф

а
В

l
1
.
1
D
l
B

,



1

/
(2)
где  - число пар плюсов; В - индукция в воздушном
заторе, Тл; а - коэффициент полюсного перекрытия;  полюсное деление, м.
Подставляя (2) в формулу (1), получаем
4
.9
fk
D
l
об
1
1
B
).
(3)
w1 = k E ρU1 /(
Для обычных условий k E = 0,97, f = 50 Гц, k об1 = 0,95.
Так как каждый виток располагается в двух пазах на
расстоянии шага обмотки у, то, учитывая, что общее число
эффективных витков в трехфазном двигателе равно 3a1 w1 , а
число пар пазов равно z1 / 2 , получим
w1 = z1u п1 /( 6a 1 ).
(4)
где u п1 - число эффективных витков в пазу.
Подставляя значение w1из (4) в (3), получим
1,23k E ρU1a1
uп1 =
.
(5)
fkоб1D1lδ Bδ z1
Как видно из формулы (5), неизвестные параметры –
индукция в воздушном заторе В и число параллельных ветвей
а1 . Индукция может быть определена из рис.1, для чего
необходимо знать число пар полюсов  и полюсное деление  1
Число пар полюсов  определяется заданием,  1 может быть
рассчитано по формуле:
D
 1 = 1 мм.
(6)
2ρ
Увеличение индукции в воздушном зазоре сверх
рекомендуемой приводит к перегреву двигателя, в результате
чего он не сможет длительно развивать номинальную мощность.
В то же время, существенное уменьшение индукции
приводит к уменьшению перегрузочной способности двигателя
и уменьшению устойчивости его работы
Рис.1. Максимальная индукция в воздушном зазоре В и
линейная нагрузка А1 в зависимости от полюсного деления для
асинхронных двигателей защищенной
конструкции.
Для двигателей мощностью более 10кВт, как правило,
выбирается шестизонная петлевая двухслойная обмотка с укоро
ченным шагом у1  6  . (  - полюсное деление в зубцовых
делениях). Возможное число
параллельных ветвей петлевой обмотки
5
2
а
ц
.ч
.,
1
n
(7)
где n – натуральное число (1,2,3,…)
При круглых проводниках число параллельных ветвей
а
фазы 1 , число элементарных проводников n эл выбираются
таким образом, чтобы проводники могли быть помещены в паз
через его щель.
Обычно для двигателей с короткозамкнутым ротором
выбирается а1  1 или а1  2 и диаметр изолированного
(эмалированного) провода dиз 1,95мм.
4.РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК.
Электрические нагрузки машины (плотности токи j и
линейная нагрузка А) определяют нагрев обмотки. Допустимая
плотность потока не является постоянной величиной, а
зависший от исполнения машины, типа охлаждения, частоты
вращения, номинального напряжения и линейной нагрузки. В
нашем случае (защищенное исполнение, 1000  1500 об/VBY?
2
220  660 В) она может быть принята равной 4,5  6 А/ мм ,
причем большие значения относятся к двигателям мощностью
10  50 кВт, меньшие  50 – 100 кВт.
Помимо плотности тока, нагрев обмотки зависит от
поверхности охлаждения. При равных объемах тока в пазу
двигатель с большим числом пазов имеет худшие условия
охлаждения, чем двигатель с меньшим числом пазов. Поэтому
для проверки теплового состояния обмотки необходимо знать
еще и линейную нагрузку двигателя А которая численно равна
МДС обмотки на единицу длины окружности статора:
3
q
U
1I
1
н
n
1
А
,
1
(8)
a
1
1
где I 1н - номинальный ток статора, А рассчитывается по
формуле:
Р
2
ном
I
1
н
(9)
3

cos

U
н
н
л
1
где Р2 ном - номинальная мощность двигателя, кВт,  н к.п.д. двигателя при номинальной нагрузке, может быть принята
равным 0,90; U л1 - линейное напряжение, кВ; q 1 - число пазов
на полюс и фазу, рассчитывается по формуле:
q1 
Z1
2p m
(10)
где m=3 – число фаз обмотки.
Полученное значение А 1 следует проверить по
рис.1. В случае превышения А 1
рекомендованных
максимальных значений более чем на 10% нужно уменьшить
I 1 А , т.е. уменьшится мощность двигателя.
5.СХЕМА ОБМОТКИ СТАТОРА
Сечение провода S выбирается, исходя из выбранной
плотности тока j
А
мм 2 :
I 1н
2
S= ja мм
(11)
1
Если полученное значение превосходит сечение меди
изолированного провода с диаметром 1,95 мм (таблица П-1),
вместо одного провода используется несколько элементарных
проводников при условии, что их общее сечение не меньше
рассчитанного S, а диаметр с изоляцией не больше 1,95 мм.
Для
расчета
необходимого
количества
обмоточного провода необходимо предварительно определить
длину полувитка обмотки.
Полувиток состоит из прямой части, заложенной в
паз и имеющей длину l1 , и лобовой части, имеющей длину l л1 .
Средняя длина полувитка:
lср1 l1 lл1
(12)
l л1 рассчитывается по эмпирическим формулам.
Для обмоток статора из мягких секций
lл
К
у1
20
,мм
1
л
1
(13)
Здесь средняя ширина секции (катушки)
у1tсру1,мм
(14)
 (D1 + n1 )
где t ср =
(15)
, мм
Z1
где D 1 , n1 , Z 1 - высота зубца и число пазов статора; у1 шаг в пазовых делениях обмотки статора. Величину К л1
следует взять из таблицы 1.
Таблица
1.
Число полюсов, Z 1
Лобовые части не
изолированы
Лобовые части
изолированы
лентой
Вес меди обмотки статора:
2
4
1
,20
,30
1
,45
1
,30
1
,55
8
6
1
1
,50
1
,75
1
,90


6
G
Z
U
n
S
l

10
,
кг
м
.
с
.
1
u
1
эл
эл
ср
м
Здесь n эл - число элементарных проводников в одном
эффективном, S эл - их сечение,  м - плотность меди, может
г
быть принята 8,9 см3
Вес обмотки статора изоляцией
2


d


из
G
0
,
879

0
,
124
G
,
кг



м
.
с
.
и
.
м
.
с
d






(16)
Построение схемы шестизонной обмотки удобно
начать с распределения пазов по фазам. Верхние стороны
катушечной группы каждой фазы занимают q пазов,
соответствующих одной зоне обмотки. В пазах, имеющих номер
от 1 до q, лежат верхние стороны секции фазы А; в пазах от q+1
до 2q – верхние стороны секции фазы С; в пазах под номерами
от 2q+ 1 до 3q – верхние стороны фазы В и т.д. Перед
построением схемы обмотки удобно вычертить звезду пазовых
э.д.с., разместить зоны и составить таблицу обмотки.
На рисунке П-1 а) представлена звезда пазовых э.д.с.
построения для проводников, помещенных в верхнем слое.
Соответственно числу пазов Z 1 обмотка состоит из сорока
восьми катушек, по шестнадцати на фазу. Учитывая, что
катушки противоположно расположенных зон должны быть
соединены встречно (см. рис. П-1 а)),составляем таблицу
обмотки (рис. П-1 б)). Пользуясь таблицей, вычеркиваем схему
обмотки (рис. П-1 в)), содержащую две параллельные ветви.
Начало фаз обмотки статора обозначали С1 , С 2 , и С 3 ; концы С 4 , С5 и С6 .
Поскольку машина четырехполюсная, каждой из двух пар
полюсов соответствует своя звезда пазовых э.д.с., которые на
рисунке совмещены. В результате любой вектор звезды
изображает две э.д.с., индуктируемые в каждой из двух
активных сторон катушек, расположенных на расстоянии 2 .
Пример
Расчет и схема обмотки статора асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором.
Исходные данные.
Номинальная мощность Р2 ном =37,0 кВт.
Номинальное линейное напряжение U 1 л =380 В.
Номинальное фазовое напряжение U=220 В.
об
Синхронная частота вращения n0 =1500 мин .
Внутренний диаметр расточки стали статора D1 =238 мм.
Наружный диаметр активной стали Da =349 мм.
Высота зубца статора n1 =24,5 мм.
Полная длина активной части l1 l 170
мм.
Число пазов статора Z 1 = 48.
Радиальные вентиляционные каналы отсутствуют.
Воздушный зазор между статором и ротором  =0.70 мм.
Расчет
1. Число пар полюсов
3000
3000



2
обмотки: р
n 1500
0
2. Число пазов на полюс и фазу:
Z
48
q
 1

4
Z
2
3
рм 2
3. Зубцовое деление статора:
3.14  238
t1 =
=
= 15.5 мм .
Z1
48
4. Полюсное деление:
D1 3,14  238
τ1 =
=
= 187 мм.
2р
22
5. Полюсное деление в зубцовых делениях:
D1
Z
2
р 2
2
 1 48

12
 12

10
1
6. Шаг обмотки: у
6 6
7. Индукция
в
воздушном
зазоре,
определенная по рисунку 1, Вб = 0,74 Тл.
8. Число параллельных ветвей обмотки а1
принимаем равным двум.
9. Число эффективных витков фазы обмотки
статора:
w1 = К Е рn1 /( 4.9 fKоб1 D1l δ Bδ ) =
5
5
2

220
/(
4
.
9

50

0
.
95

0
.
238

0
.
17

0
.
74
)

61
.
2
=0,97 
витка
Принимаем 61 виток.
10. Число
эффективных
проводников
в
пазу:
1
.
23

K
pU
a
1
.
23

0
.
97

2

220

2
1
1
U
E


1
.
4
n
1
fK
D
l
B
Z
50

0
.
95

0
.
238

0
.
17

0
.
74

48
об
1
1
1
витка
Принимаем 16,0 витков
11. Номинальный
ток
двигателя:
P
37
ном
A
2


68
,
6
1
А
3
U
cos
3

0
,
38

0
,
91

0
,
9
л
1
н н
12. Линейная
нагрузка
двигателя:
3
q
I
U

4

68
.
6

16
1
1
н
n
13
A
А



35
.
2
1
Проверка
мм
a
2

187
1
1
по рис.1 показывает, что полученное значение
линейной нагрузки не превышает рекомендованной
величины.
13. Сечение провода при выбранной плотности




тока j = 5,9
А
мм 2 :
I
68
.
6
2
1
н
S



5
.
81
мм
ja
.
9

2
1 5
Диаметр такого провода
4  5,81
= 2,72 мм ,

3,14
что превращает максимально рекомендуемую величину
1,95 мм.
Принимаем в одном эффективном проводнике три
элементарных
Сечение и диаметр элементарного проводника:
S 5.81
S эл = =
= 1.94 мм 2
3
3
4S эл
4  1,94
d эл =
=
= 1,57 мм

3,14
По таблице П-1 выбираем провод ПЭТВ диаметром 1,60
мм, диаметр с изоляцией 1,71 мм.
d 2 3.14  1.6 2
Сечение провода: S эл =
=
= 2.01мм 2
4
4
14.Длина полувитка:
лобовой части
d пр =
4S
=
lл
К
у1
20
мм
1
л
1
Кл1 1,30- по таблице 1.
t ср1 =
 (D1 + n1 )
Z1
=
3.14  ( 23.8 + 24.5 )
= 17.2 мм
48

tУ

17
,
2

10

172
мм
;
у
1
ср
11
полная длина:

20

243
,
6
мм
=1,30 172
l

l

l

170

243
,
6

413
,
6
мм
ср
1
1
л
1

15Вес меди обмотки статора без изоляции

6

6
G

Z
U
n
S
l

10

48

16

3

2
,
01

413
,
6

8
,
9

10

17
,
1
кг
м
.
с
.
1
n
1
эл
эл
ср
м
16.Вес обмотки статора с изоляцией
2
2



d
1
,
710




из
G

0
.
876

0
.
124
G

0
,
876

0
,
124

17
,
1

17
,
4
кг








м
.
с
.
n
м
.
с
.
d
1
,
600











Схема обмотки
5
Дано: m=3, 2p=4, у = 6 
Определяем:
Z
48
q
 1 

4
;
1
m
2
p3
2
2
Угол между э.д.с. в соседних пазах:
360
p360
2




15



Z
1
48
48
5
1
Z
 
12
; у 12
10
.
2
p 2
2
6
На рис. П-1а) представлена звезда пазовых э.д.с.,
построенная для проводников, помещенных в верхнем слое.
По звезде пазовых э.д.с. составлена таблица обмотки (рис.
П-1а)) и схема обмотки (рис. П-1в)).
Подключение электродвигателя к сети производится
через вывода С1,С2,С3. При соединении обмоток в звезду
С
С
С
4
5
6. При
(сеть 380 В) Устанавливаются
соединении
обмоток
в
треугольник
(сеть
220В)
С

С
,
С

С
,
С

С
3
4
1
5
2
6
.
Рисунок П-1, а), б) – Схема обмотки
Рис. П-1, в) Схема обмотки
Студенты заочной формы обучения номер темы из
предлагаемого перечня по организации и технологии ремонтов и
номер варианта расчетной части проекта (Приложение 2)
определяют по последней цифре номера зачетной книжки (нуль
соответствует номеру десять).
Литература
1.М.В. Антонов, Н.А. Акимова, Н.Ф. Котеленец
Эксплуатация и ремонт электрических машин.
М.Вш,1989г.
2.Р.Г. Гемке. Неисправности электрических
машин..Л.Энергоатомиздат. 1989г.
3.Ю.А. Кулик. Электрические машины. М.Вш, 1971г.
4.П.С.Сергеев, Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяинов.
Проектирование электрических машин. М., Энергия, 1970г.
5.Справочник. Асинхронные двигатели серии 4А. А.Э.
Кравчик и др., М., Энергоиздат, 1982г
Кафедра «Информационные системы, технологии и связь»
Курилов В.Ф.
Методические указания к курсовому проекту по
дисциплине «Сервис вращающихся электрических машин».
подписано в печать 14.05.2012г.
Печать ротапритная. Усл.п.л.1,8,уч.-изд.л.2
Тираж 40 экз
Издательство КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»
357500, Пятигорск, Ставропольский край,
бульвар Гагарина, 1 корпус 1