Введение
Двигатели постоянноготока обладают большой глубиной регулирования частоты вращения и сохраняют вовсём диапазоне регулирования высокий коэффициент полезного действия. Несмотряна то, что при традиционной конструкции они в 2 – 3 раза дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором их применяют во всех тех случаях, когдаих свойства имеют решающее значение. Двигатели постоянного тока находятприменение в металлообрабатывающих станках, с их помощью приводятся в действиепрокатные станы (слябинги и блюминги). Крановые двигатели находят применение вприводах различных подъёмных механизмов. Двигатели постоянного тока широкоиспользуются в электрической тяге, например, на магистральных электровозах, вкачестве рабочих двигателей на тепловозах, на пригородных электропоездах, вметрополитенах, на трамваях, троллейбусах и т.д. Двигатели постоянного тока используютдля привода во вращение гребных винтов на морских судах. Они используются вавтомобилях, тракторах, самолётах и других летательных аппаратах, где имеетсяпитание на постоянном токе.
В данном курсовом проектепроизведен расчет двигателя постоянного тока на основе двигателя типа 2П.
Серия /> машин постоянного токаспроектирована к 1974 году в полном соответствии с рекомендациями Международнойэлектротехнической комиссии (МЭК). Серия охватывает высоты оси вращения от 90 мм до 315 мм и диапазон мощностей от 0,37 кВт до 200 кВт. Машины этой серии предназначены дляработы в широко регулируемых приводах.
В машинах серии />, по сравнению с машинамидругих серий, повышена перегрузочная способность, расширен диапазонрегулирования частоты вращения, повышена мощность на единицу массы, улучшеныдинамические свойства, уменьшены шум и вибрации, увеличена надёжность и ресурсработы. В основу построения серии /> машинпостоянного тока был положен не габарит, а высота оси вращения.
Структура условногообозначения машин постоянного тока серии />:
/>,
где 1 – название серии:вторая серия машин постоянного тока;
2 – исполнение по способузащиты и вентиляции: /> – защищённое ссамовентиляцией, /> – защищённое снезависимой вентиляцией от постороннего вентилятора, /> – закрытое с естественнымохлаждением, /> – закрытое с внешнимобдувом от постороннего вентилятора;
3 – высота оси вращения,мм;
4 – условное обозначениедлины сердечника якоря: /> -средняя, /> – большая;
5 – буква /> при наличии встроенноготахогенератора (в двигателях без тахогенератора – опускается);
6 – климатическоеисполнение и категория размещения (регламентируются ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70).
Двигатели постоянноготока серии /> предназначены для работыот сети постоянного тока или от тиристорных преобразователей. Номинальноенапряжение якорной цепи 110, 220, 440 и 660 Вольт. В машинах с независимымвозбуждением напряжение источника питания обмотки возбуждения составляет 110 Вили 220 В.
Двигатели с высотой осивращения /> и /> выполняются с двумяглавными полюсами, а при большей высоте оси вращения /> – с четырьмя полюсами.Двигатели серии /> выполняются сполным числом добавочных полюсов.
1. Определение главныхразмеров. Выбор электромагнитных нагрузок
1.1 Определение главныхпараметров
1.1.1 Главными размерамимашины постоянного тока являются наружный диаметр якоря D и расчётная длинасердечника lδ.
Наружный диаметр якоря Dопределяется заданной высотой оси вращения
[1], стр. 339, и онравен
D = (h — 0,004) = 0,221 м (1.1)
1.1.2 Согласнорекомендации рисунка 8.9 [1] и рисунка 8.8 [1] выбираем значения магнитнойиндукции в воздушном зазоре /> Тл и линейной нагрузки /> А/м. Согласно рисунку 8.7 [1] расчётный коэффициентполюсного перекрытия в зависимости от диаметра якоря принимаем />.
Расчетнаяэлектромагнитная мощность:
/>, (1.2)
где /> кВт – номинальная мощностьдвигателя,
Предварительное значениеКПД электродвигателя выбираем
по рис. 8-6 [1]: η=0,86
/> Вт.
1.1.3 Определяем длинусердечника якоря:
/>, (1.3)
где /> – номинальная частотавращения ротора,
/>мм – диаметр якоря.
/> м.
Длина магнитопровода якоря равна расчетной длинемашины.
1.1.4 Определяем отношениедлины магнитопровода якоря к его диаметру:
/> (1.4)
/>.
Полученное λудовлетворяет условию />
1.2 Выбор типа обмотки якоря
1.2.1 Предварительноезначение номинального тока двигателя:
/>, (1.5)
где />В — номинальное напряжение.
/> А.
1.2.2 Для выбора типаобмотки якоря двигателя постоянного тока параллельного возбуждения необходимозначение номинального тока якоря.
Предварительное значениеноминального тока якоря:
/>, (1.6)
где />– коэффициент, определяющийотношение тока возбуждения /> к токуякоря, по таблице 8-10 [1]
/>,
/> А.
Исходя из принятого числаглавных полюсов и предварительного значения тока якоря />, принимаем простуюволновую обмотку. Число параллельных ветвей />.
1.2.3 Ток параллельнойветви обмотки якоря, А:
/>, (1.7)
/> А.
1.3 Определениеобмоточных данных
1.3.1 Предварительное значение числа проводниковобмотки якоря:
/>, (1.8)
/>.
1.3.2 При высоте осивращения /> мм, зубцовое деление /> мм.
/> [1] стр. 342
Определяем число пазовякоря:
/>, /> (1.9)
/>,
/>.
Выбираем />.
1.3.3 Зубцовое деление
/>; (1.10)
/> м.
1.3.4 Число эффективных проводников в пазу:
/>, (1.11)
/>.
Принимаем />,уточняем />
1.3.5. Диаметр коллектора
/>; (1.12)
/>.
Принимаем />.
1.3.6 Для того чтобы обмотку выполнить симметричной,необходимо число элементарных пазов в одном реальном /> принять нечётным числом.Число витков в секции:
/>, (1.13)
1.3.7 Число коллекторных пластин:
/>, (1.14)
1.3.8 Среднее напряжение между коллекторными пластинами,В:
/>, (1.15)
Результаты расчета выполнения обмотки при различныхзначениях /> целесообразно занести втаблицу 1.
Таблица 1 — Результатырасчета выполнения обмотки при различных значениях />
/>
wc
/>
/>
/> 1 2 27 10 70,4 3 81 81 3 21,7 5 135 135 2 14,1
Выбираем вариант с />.
1.3.9 Уточняем число проводников обмотки якоря:
/>, (1.16)
/>.
1.3.10 Определяем число витков обмотки якоря:
/>, (1.17)
/>.
1.3.11 Первый частичный шаг обмоткипринимается близким полюсному делению:
/>, , (1.18)
где ε — коэффициентудлинения шага обмотки;
/>
1.3.12 Шаг по коллекторуи второй частичный шаг
/> , где p — число полюсов (1.20)
/>
/> (1.21)
/>
1.3.13 Уточненнаялинейная нагрузка
/>; (1.22)
/> А/м.
1.3.14 Уточняем длинувоздушного зазора
/>; (1.23)
/> м.
1.3.15 Плотность тока вобмотке якоря
/>, (1.24)
где /> – предварительно заданноепо справочнику значение для класса нагревостойкости В. />
/> А/м2.
1.3.16 Поперечное сечениеэффективного проводника
/>; (1.25)
/> м2.
Так как полученноезначение qa>1,094 мм2, разобьемпроводник на 5 элементарных проводника. Полученное сечение проводниканормируется. Имеем nЭЛ=5, /> м2,/> м, />м.
Сечение эффективногопроводника
/> м2.
1.3.17 Сопротивлениеобмотки якоря
/>, (1.26)
где mt — температурный коэффициент,учитывающий повышение удельного сопротивления при рабочей температуре />;
ρ — удельное сопротивление меди;
lacp — средняя длина полувитка обмоткиякоря.
lacp=lп+ lл=lδ+ lл, (1.27)
где lп — длина пазовой части; lп= lδ;
lл — длина лобовой части обмотки якоря, принимается равной/>.
/>м.
Получим
/> Ом.
1.3.18 Масса проводниковобмотки меди
/>, (1.28)
где mM — удельная масса меди; mM=8900 кг/м3.
/>кг.
1.4 Расчет геометриизубцовой зоны
1.4.1 Ширина зубца приовальной форме паза
/>, (1.29)
где кС — коэффициент заполнения пакета якоря сталью при оксидировании; кС=0,97;[1] табл. 6-11 ВZД — допустимоезначение индукции в зубце, принимаемое в зависимости от частотыперемагничивания, степени защиты и способа охлаждения.
Частоту перемагничиванияопределим по формуле
/>; (1.30)
/> Гц.
Принимаем значениедопустимой индукции /> Тл. [1] табл.8-11
/> м.
1.4.2 Высота паза /> м. [1] рис. 8-12
1.4.3 Внутренний диаметрякоря
DO ≈ 0,3·D; (1.31)
DO ≈ 0,3·0,221 = 0,065.
Величина DO нормируется [1] табл. 8-13
Принимаем DO = 0,065 м.
1.4.4 Большой радиус паза
/>, (1.32)
где /> – высота шлица паза; /> [1] стр. 345
/> м.
1.4.5 Малый радиус паза
/>; (1.33)
/> м.
1.4.6 Расстояние междуцентрами радиусов
/>; (1.34)
/> м.
1.4.7 Площадь паза вштампе
/>; (1.35)
/> м2.
1.4.8 Площадь пазовойизоляции
/>, (1.36)
где /> – толщина пазовойизоляции; /> м. [1] табл. 3-15
/> м2.
1.4.9 Площадь пазовогоклина
/>; (1.37)
/> м2.
1.4.10 Площадь паза подобмотку
/>; (1.38)
/> м2.
1.4.11 Площадь обмотки
/>; (1.39)
/> м2.
1.4.12 Коэффициентзаполнения паза
/>; (1.40)
/>
2. Магнитная системамашин постоянного тока
2.1 Воздушный зазор подглавным полюсом
2.1.1 Величина воздушногозазора под главным полюсом
/>; (2.1)
/> м.
2.1.2 Полюсное деление
/>; (2.2)
/>м.
2.1.3 Ширина полюсногонаконечника
/>; (2.3)
/> м.
2.1.4 Коэффициентвоздушного зазора
/>, (2.4)
где /> – ширина шлица паза; />м. [1] стр. 345
/>.
2.1.5 Уточнение величинывоздушного зазора
/>; (2.5)
/>м.
Принимаем /> м.
2.1.6 Предварительноезначение ЭДС якоря
/>; (2.6)
где кД — коэффициент, учитывающий падение напряжения в якорной цепи;
кД=0,9 [2]табл. 5.1
/> В.
2.1.7 Магнитный поток ввоздушном зазоре
/>; (2.7)
/>Вб.
2.1.8 Площадь поперечногосечения
/>; (2.8)
/>.
2.1.9 Магнитная индукциявоздушного зазора
/>; (2.9)
/> Тл.
2.1.10 Напряженностьмагнитного поля в воздушном зазоре
/>; (2.10)
/> А/м.
2.1.11 Расчётная длинавоздушного зазора
/>, (2.11)
где /> – коэффициент Картера, учитывающийзубчатость якоря.
/> м.
электрическийдвигатель ток коллекторный
2.1.12 Магнитноенапряжение воздушного зазора
/>; (2.12)
/>
2.2 Зубцовая зонасердечника якоря
2.2.1 Магнитный поток взубцовой зоне
/>; (2.13)
/> Вб.
2.2.2 Площадь сечениязубцовой зоны при овальной форме паза
/>; (2.14)
/> м2.
2.2.3 Магнитная индукциязубцовой зоны
/>; (2.15)
/>Тл.
Выбираем марку стализубцовой зоны якоря 2312 [2] табл. 5.2
2.2.4 Определим по приложениюП-18 [1] для стали 2312 напряженность магнитного поля зубцовой зоны якоря /> А/м.
2.2.5 Расчетная длиназубцового слоя при пазах овальной формы
/>; (2.16)
/>м.
2.2.7 Магнитноенапряжение зубцового слоя
/>; (2.17)
/>А.
2.3 Ярмо сердечника якоря
2.3.1 Магнитный поток вярме якоря
/>; (2.18)
/> Вб.
2.3.2 Площадь сеченияярма сердечника
/>, (2.19)
где /> – высота ярма сердечникаякоря.
/>; (2.20)
/> м.
Получим
/> м2
2.3.3 Магнитная индукцияярма сердечника якоря
/>; (2.21)
/>Тл.
Bjудовлетворяет условию Bj ≤ Bjд. Bjд =1,45 [1], табл. 8-12. Выбираем для ярма сердечника якоря марку стали 2312.
2.3.4 По основной приложениюП-18 [1] для стали 2312 определим напряженность магнитного поля в ярмесердечника якоря />А/м.
2.3.5 Расчетная длинаярма сердечника якоря
/>; (2.22)
/>м.
2.3.6 Магнитноенапряжение ярма сердечника якоря
/>; (2.23)
/> А.
2.4 Сердечник главногополюса
2.4.1 Магнитный поток всердечнике главного полюса
/>, (2.24)
где /> – коэффициент магнитногорассеяния главных полюсов;
/> [1] стр. 355
/>Вб.
2.4.2 Площадь сечениясердечника главного полюса
/>, (2.25)
где /> – коэффициент заполнениясердечника главного полюса сталью; />;
/> – длина сердечника главного полюса;
/> – ширина сердечника главного полюса.
/>, />м
/>; (2.26)
/>м
/> (2.27)
/>м.
Получим
/> м2.
2.4.3 Магнитная индукцияв сердечнике главного полюса
/>; (2.28)
/> Тл.
Вгудовлетворяет условию Вг ≤ Вгд. Вгд =1,6 [1] стр. 355.
Выбираем для сердечникаглавного полюса марку стали 3411.
2.4.4 По приложению П-27[1] для стали 3411 определим напряженность магнитного поля в сердечникеглавного полюса />А/м.
2.4.5 Расчетная длинасердечника главного полюса
/>,
где /> – высота сердечникаглавного полюса; />м; [2] табл. 5.3
/>м.
2.4.6 Магнитноенапряжение сердечника главного полюса
/>; (2.29)
/> А.
2.5 Зазор между полюсом истаниной
2.5.1 Магнитный поток взазоре между станиной и полюсом
/>;
/> Вб.
2.5.2 Площадь сечениязазора между станиной и полюсом
/>;
/> м2.
2.5.3 Магнитная индукцияв воздушном зазоре между главным полюсом и станиной
/>,
/>Тл.
2.5.4 Напряженностьмагнитного поля в зазоре
/>; (2.30)
/>А/м.
2.5.5 Расчетная длиназазора между полюсом и станиной
/>; (2.31)
/>м.
2.5.6 Магнитноенапряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной
/>; (2.32)
/>А.
2.6 Станина
2.6.1 Магнитный поток встанине с учетом его разветвления
/>; (2.33)
/>Вб.
2.6.2 Площадь сечениястанины
/>, (2.34)
где /> – допустимое значениеиндукции в станине двигателя, выбирается в зависимости от степени защиты испособа охлаждения; /> Тл. [1] стр. 355
/>м2.
2.6.3 Магнитная индукцияв станине
/>; (2.35)
/> Тл.
Марка стали станины Ст3.
2.6.4 По приложению П-25[1] для стали Ст3 определим напряженность магнитного поля в станине: />А/м.
2.6.5 Расчетная длинастанины
/>, (2.36)
где /> – толщина станины.
/>, (2.37)
где /> – длина станины.
/>; (2.38)
/> м.
/> м.
где /> – наружный диаметрстанины.
/>; (2.39)
/>м.
Получим
/>м.
2.6.6 Магнитноенапряжение в станине
/>; (2.40)
/>А.
2.7 Характеристиканамагничивания. Переходная характеристика
2.7.1 Суммарная МДС наполюс
/>; (2.41)
/>А.
2.7.2 МДС переходногослоя
/>; (2.46)
/>А.
Аналогичным образомпроизводим расчет для потоков равных 0,5; 0,75; 0,9; 1,1; 1,15 номинальногозначения. Результаты расчета сводим в таблицу 2. По данным таблицы 2 построимхарактеристику намагничивания машины постоянного тока /> и переходную характеристику/>. Вид характеристик представленна рисунке 1
Таблица 2 — Расчетхарактеристик намагничивания машины постоянного тока Расчетная величина
0,5·ЕН
0,75·ЕН
0,9·ЕН
1,0·ЕН
1,1·ЕН
1,15·ЕН
ЭДС обмотки якоря Ен =kд·Uн=396 В 198 297 356,4 396 435,6 455,4 Воздушный зазор под главным полюсом
2.1.7 Магнитный поток в воздушном зазоре Фδ, Вб· 0,0122 0,0183 0,022 0,0244 0,0268 0,028
2.1.8 Площадь сечения воздушного зазора Sδ=0,032, м2
2.1.9 Магнитная индукция в воздушном зазоре Вδ, Тл 0,38 0,57 0,684 0,76 0,836 0,874
2.1.10 Напряжённость магнитного поля в воздушном зазоре Нδ, А/м 305000 460000 550000 610000 671000 700000
2.1.11 Расчетная длина воздушного зазора Lδ=0,00215, м 2.1.12 Магнитное напряжение воздушного зазора F, А 655,75 989 1182 1310 1442,65 1505 Зубцовая зона сердечника якоря
2.2.1 Магнитный поток в зубцовой зоне ФZ, Вб 0,0122 0,0183 0,02196 0,0244 0,0268 0,028
2.2.2 Площадь сечения зубцовой зоны при овальной форме паза SZ=0,01356, м2
2.2.3 Магнитная индукция в зубцах якоря ВZ, Тл 0,9 1,35 1,62 1,799 1,98 2,07
2.2.4 Напряжённость магнитного поля в зубцах якоря НZ, А/м 190 730 3800 12864 34400 54500
2.2.5 Расчетная длина зубцового слоя при овальной форме паза LZ=0,0287, м2
2.2.6 Магнитное напряжение зубцов якоря FZ, A 5,45 20,95 109,1 369,2 987 1564 Ярмо сердечника якоря
2.3.1 Магнитный поток в ярме сердечника якоря Фj, Вб·10-3 0,006 0,009 0,0108 0,012 0,0132 0,0138
2.3.2 Площадь сечения ярма сердечника якоря Sj=0,021, м2
2.3.3 Магнитная индукция в ярме сердечника якоря Вj, Тл 0,47 0,71 0,85 0,94 1,03 1,08
2.3.4 Напряжённость магнитного поля в ярме сердечника якоря Нj, А/м 74 99 165 210 258 288
2.3.5 Расчетная длина ярма сердечника якоря Lj=0,068, м
2.3.6 Магнитное напряжение ярма сердечника якоря Fj, А 5,03 6,73 11,22 14,4 17,54 19,58 Сердечник главного полюса
2.4.1 Магнитный поток в сердечнике главного полюса ФГ, Вб· 0,0145 0,022 0,026 0,029 0,032 0,033
2.4.2 Площадь сечения сердечника главного полюса SГ=0,025, м2
2.4.3 Магнитная индукция в сердечнике главного полюса ВГ, Тл 0,59 0,88 1,05 1,17 1,29 1,35
2.4.4 Напряжённость магнитного поля в сердечнике главного полюса НГ, А/м 100 150 190 260 360 430
2.4.5 Расчетная длина сердечника главного полюса LГ=0,1, м
2.4.6 Магнитное напряжение сердечника главного полюса FГ, А 10 15 19 26 36 43 Зазор между станиной и полюсом
2.5.1 Магнитный поток в зазоре между станиной и полюсом ФСП, Вб 0,0145 0,022 0,0261 0,029 0,032 0,033
2.5.2 Площадь сечения зазора между станиной и полюсом SСП=0,025, м2
2.5.3 Магнитная индукция в зазоре между станиной и полюсом ВСП, Тл 0,585 0,878 1,053 1,17 1,287 1,346
2.5.4 Напряжённость магнитного поля в зазоре НСП, А/м 468000 700000 840000 936000
1,03·106
1,08·106
2.5.5 Расчетная длина зазора между станиной и полюсом LСП=0,156·103, м2
2.5.6 Магнит. напряжение зазора между станиной и полюсом FСП, А 73 109,2 131 146,2 160,7 168 Станина
2.6.1 Магнитный поток в станине с учётом его разветвления ФС, Вб 0,0073 0,011 0,0131 0,0145 0,016 0,0167
2.6.2 Площадь сечения станины SС=0,011, м2
2.6.3 Магнитная индукция в станине ВС, Тл 0,67 1,0 1,2 1,33 1,46 1,53
2.6.4 Напряжённость магнитного поля в станине НС, А/м 554 924 1290 1720 2530 3210
2.6.5 Расчетная длина станины LС=0,192, м
2.6.6 Магнитное напряжение станины FС, А 106,4 172,4 247,7 330,24 485,8 616
Сумма магнитных напряжений всех участков магнитной цепи F∑, А 855,63 1318,28 1700 2196 3130 3915,8
Сумма магнитных напряжений участков переходного слоя FδZj, A 666,23 1016,7 1302,3 1693,6 2447,5 3088,8
3. Расчет системывозбуждения
3.1 Определениеразмагничивающего действия поперечной реакции якоря
3.1.1 Определим величину
/>; (3.1)
/> А.
3.1.2 По переходнойхарактеристике определим величины />и />
/> Тл, /> Тл.
3.1.3 Среднее значениеиндукции в воздушном зазоре
/>; (3.2)
/> Тл.
3.1.4 По переходнойхарактеристике определим размагничивающее действие поперечной реакции якоря />А.
3.2 Расчет обмоток припараллельном возбуждении
3.2.1 Необходимоезначение МДС обмотки параллельного возбуждения
/>; /> , (3.3)
/>, /> А.
3.2.2 Поперечное сечениепроводников параллельной обмотки возбуждения
/>; (3.4)
где />;
/> – число параллельных ветвейпараллельной обмотки возбуждения, в некомпенсированных машинах; />;
/> – коэффициент запаса; />;
/> – толщина изоляции плюсодносторонний зазор между катушкой и полюсом; /> [1]стр. 358
/> – средняя длина витка параллельнойобмотки возбуждения.
/>, (3.5)
где /> — ширина катушки обмоткивозбуждения.
/>; (3.6)
/> м.
/> м.
/> м2.
Поперечное сечениепроводников нормируется, получим
/> м2. [1] стр. 359
3.2.3 Число витков наодин полюс
/>; (3.7)
/>, (3.8)
где /> – значение плотности токав параллельной обмотке возбуждения;
/> А/м2. [1] стр. 359
/> А.
/>.
Принимаем число витков />.
3.2.4 Сопротивлениеобмотки возбуждения
/>; (3.9)
/> Ом.
3.2.5 Масса меди обмоткивозбуждения
/>; (3.10)
/> кг.
3.2.6 Коэффициент запаса
/>, (3.11)
где /> – максимальное значениетока обмотки возбуждения;
/>. (3.12)
/> А, получим
/>.
4. Оценка коммутационныхпараметров
4.1 Расчет коммутационныхпараметров
4.1.1 Окружная скоростьякоря
/>; (4.1)
/> м/с.
4.1.2 Коэффициентудельной проводимости пазового рассеяния для овального паза
/>; (4.2)
/>.
4.1.3 Значение реактивнойЭДС
/>; (4.3)
/> В.
4.2 Расчетщеточно-коллекторного узла
4.2.1 Ширина щетки
/>, (4.4)
где γ – коэффициентщеточного перекрытия; />.[1] П-34
/>м.
Из условия, /> В, выберем графитные щеткимарки 611М. [1] П-35
Принимаем ширину щетки />.
4.2.2 Ширина зоныкоммутации
/>; (4.5)
/>м.
4.2.3 Коэффициент зоныкоммутации
/>; (4.6)
/>.
4.2.4 Контактная площадьщеток на один щеточный болт
/>, (4.7)
где /> – плотность тока подщеткой; /> А/м2. [1] П-35
/> м2.
4.2.5 Длина щетки
/>, (4.8)
где /> – число щеток на щеточныйболт; />.
/> м.
Принимаем длину щетки />м. [1] П-34
4.2.6 Уточненное значениеплотности тока под щеткой
/>; (4.9)
/> А/м2.
4.2.7 Активная длинаколлектора
/>; (4.10)
/> м.
4.3 Расчет магнитной цепидобавочных полюсов
4.3.1 Воздушный зазор поддобавочным полюсом
/>; (4.11)
/> м.
4.3.2 ЭДС коммутации
/>; (4.12)
/> В.
4.3.3 Индукция поддобавочным полюсом
/>; (4.13)
/> Тл.
4.3.4 Магнитный поток ввоздушном зазоре под добавочным полюсом
/>, (4.14)
где /> – длина наконечникадобавочного полюса; />;
/> – ширина наконечника добавочногополюса.
/>. (4.15)
Получим
/> м.
Получим в конечномрезультате, что
/> Вб.
4.3.5 Магнитный поток всердечнике добавочного полюса
/>, (4.16)
где σД — коэффициент магнитного рассеяния добавочного полюса.
В машинах безкомпенсационной обмотки />,примем />. [1] стр. 362
Получим
/> Вб.
4.3.6 Индукция всердечнике добавочного полюса
/>, (4.17)
где /> – сечение сердечникадобавочного полюса.
/>, (4.18)
где /> – длина сердечникадобавочного полюса; />;
/>, м – ширина сердечника добавочногополюса;
/>. (4.19)
Получим
/>м
Далее имеем
/> м2.
Получим в итоге
/> Тл.
4.4 Расчет обмоткидобавочного полюса
4.4.1 Приближенноезначение МДС обмотки добавочных полюсов
/>; (4.20)
/> А
Принимаем /> А.
4.4.2 Число витков вобмотке добавочных полюсов
/>, (4.21)
где /> – число параллельныхветвей обмотки добавочных полюсов; />.
/>.
Принимаем />.
4.4.3 Площадь поперечногосечения проводников обмотки добавочных полюсов
/>, (4.22)
где /> – плотность тока в обмоткедобавочных полюсов;
/>А/м2. [1] стр.365
/> м2.
Принимаем проводпрямоугольного сечения марки ПЭВП с площадью сечения /> м2, номинальнымиразмерами />м и />м. [1] П-29
4.4.4 Средняя длина виткакатушки обмотки добавочного полюса
/>, (4.23)
где /> – ширины катушки обмоткидобавочного полюса; />.
/> м.
4.4.5 Сопротивлениеобмотки добавочных полюсов
/>, (4.24)
где /> – количество добавочныхполюсов в машине; />
/>Ом.
4.4.6 Масса меди обмоткидобавочных полюсов
/>; (4.25)
/>кг.
5. Потери мощности ирабочие характеристики
5.1 Расчет потерьмощности
5.1.1 Механические потеримощности на трение щеток о коллектор
/>, (5.1)
где /> – коэффициент трения щетоко коллектор; />;
/> – удельное давление на щетку; /> Па; [1] П-35
/> – окружная скорость коллектора; />, м/с .
/>; (5.2)
/> м/с.
/> Вт.
5.1.2 Механические потеримощности на трение в подшипниках и вентиляцию определим предварительно изграфика [1] рис. 8-30
/> кВт. (5.3)
5.1.3 Механические потеримощности
/>; (5.4)
/> Вт.
5.1.4 Электрическиепотери в обмотке якоря
/>; (5.5)
/> Вт.
5.1.5 Электрическиепотери в обмотке добавочных полюсов
/>; (5.6)
/> Вт.
5.1.6 Электрическиепотери мощности в параллельной обмотке возбуждения
/>; (5.7)
/> Вт.
5.1.8 Электрическиепотери мощности в щеточно – коллекторном контакте
/>, (5.8)
где /> – падение напряжения напару щеток; /> В. [1] П-35
/>Вт.
5.1.9 Основныеэлектрические потери
/>; (5.9)
/>Вт.
5.1.10 Масса зубцовсердечника якоря
/>, (5.10)
где /> – удельная масса стали; />кг/м3.
/> кг.
5.1.11 Масса ярмасердечника якоря
/>; (5.11)
/> кг.
5.1.12 Магнитные потери взубцах якоря
/>, (5.12)
где /> – технологическийпоправочный коэффициент; />;
/> – удельные магнитные потери длястали марки 2312; />;
/> – показатель степени; />. [2] табл. 5.1
/>;(5.13)
/> Гц.
Получим
/> Вт.
5.1.13 Магнитные потери вярме якоря
/>; (5.14)
/> Вт.
5.1.14 Основные магнитныепотери
/>; (5.15)
/> Вт.
5.1.15 Добавочные потеримощности
/>; (5.16)
/> Вт.
5.1.16 Суммарные потеримощности
/>; (5.17)
/> Вт.
5.2 Определениеноминальных параметров
5.2.1 Предварительноезначение потребляемой мощности
/>; (5.18)
/> Вт.
5.2.2 Предварительноезначение тока двигателя
/>; (5.19)
/>А.
5.2.3 Номинальный токякоря
/>; (5.20)
/>А.
5.2.4 ЭДС обмотки якоря
/>, (5.21)
где /> — суммарное сопротивление якорной цепи
/>;(5.22)
/> Ом
Получим
/> В.
5.2.5 Основной магнитныйпоток в воздушном зазоре
/>; (5.23)
/>Вб.
5.2.6 По основнойхарактеристике намагничивания /> определяемсуммарное значение магнитного напряжения />,соответствующее />
/> А.
5.2.7 Определяем МДСсистемы возбуждения при параллельном возбуждении.
/>, (5.24)
где /> – номинальное значениепоперечной размагничивающей реакции якоря
/>.
/> А.
5.2.8 Уточненныйноминальный ток возбуждения
/>; (5.25)
/> А.
5.2.9 Уточненныйноминальный ток двигателя
/>; (5.26)
/> А.
5.2.10 Уточненноезначение потребляемой мощности двигателя
/>; (5.27)
/> Вт.
5.2.11 Полезная мощностьна валу двигателя
/> ; (5.28)
/>;(5.29)
/> Вт;
Получим
/> Вт.
5.2.12 Коэффициентполезного действия
/>; (5.30)
/>.
5.2.13 Вращающий моментна валу двигателя
/>; (5.31)
/> Н.м.
Для построения рабочиххарактеристик произведем расчет по схеме, изложенной в пунктах 5.2.3 — 5.2.13,при значениях коэффициента нагрузки />.Результаты расчетов сведем в таблицу 3. Вид рабочих характеристик приведен на рисунке5.
Таблица 6 — Расчетрабочих характеристик
Коэффициент нагрузки. /> 0,1 0,25 0,5 0,75 1,25 1,5
Ток якоря для данных коэффициентов нагрузки />. 8,0 20,1 40,2 60,3 100,6 120,7
Значение ЭДС />. 435,1 430,6 423,2 415,9 401,1 393,7
Размагничивающее действие реакции якоря />. 52 130 260 390 650 780
Суммарное магнитное напряжение всех участков магнитной цепи при параллельном возбуждении/>. 2728 2650 2520 2390 2130 2000
Магнитный поток, соответствующий />, определим по хар – ке намагничивания />. 0,0257 0,0256 0,0253 0,0251 0,0244 0,0239
Частота вращения якоря /> 1045 1038 1033 1023 1015 1017
Ток двигателя /> 10,58 22,68 42,78 62,88 103,18 123,28
Потребляемая мощность /> 4655,2 9979,2 18823 27667 45399 54243
Полезная мощность на валу двигателя
/>
P′доб = Рдоб·(kн)2 [2], стр. 108 3082,1 8336,8 16524 24475 39374 46288
Коэффициент полезного действия /> 0,66 0,835 0,877 0,885 0,867 0,853
Вращающий момент на валу двигателя /> 29,5 79,78 158,13 234,22 376,8 442,97
6. Тепловой расчет
Для приближенной оценкитепловой напряженности машины необходимо сопротивления обмоток привести ктемпературе, соответствующей заданному классу изоляции; при классенагревостойкости В сопротивления умножаются на поправочный коэффициент />.
6.1Сопротивление обмотки якоря
/>; (6.1)
/> Ом.
6.2Сопротивление обмотки добавочных полюсов
/>; (6.2)
/> Ом.
6.3 Сопротивление обмотки возбуждения
/>; (6.3)
/> Ом.
6.4Потери в обмотке якоря
/>; (6.4)
/> Вт.
6.5Потери в обмотке добавочных полюсов
/>; (6.5)
/> Вт.
6.6Потери в обмотке возбуждения
/>; (6.6)
/> Вт.
6.7Превышение температуры охлаждаемой поверхности якоря
/>, (6.7)
где /> – коэффициент теплоотдачис наружной поверхности якоря;/>.Выбирается по рис.8-31 [1]
/>0С.
6.8Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря
/>, (6.8)
где /> – периметр поперечногосечения паза.
/>; (6.9)
/>м.
где /> – эквивалентныйкоэффициент теплопроводности внутренней изоляции секции из круглого провода; />;
/> – эквивалентный коэффициент теплопроводностиизоляции; />. [1] стр. 371
/> 0С.
6.9Превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря
/>; (6.10)
Где lв — длинавылета лобовой части
/>; (6.11)
/> м.
αл — коэффициент теплоотдачи с лобовых поверхностей обмотки якоря; />. Выбирается по рис.8-31[1]
/>0С.
6.10Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки якоря
/>, (6.12)
где /> – периметр поперечногосечения условной поверхности охлаждения лобовой части.
/>; (6.13)
/> м.
/> 0С.
6.11 Среднее превышение температурыобмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха
/>; (6.14)
/>0С.
6.12 Сумма потерь, отводимых охлаждающимвнутренний объем двигателя воздухом
/>; (6.15)
/> Вт.
6.13 Условная поверхность охлаждениядвигателя
/>; (6.16)
/>м2.
6.14 Среднее превышение температурывоздуха внутри двигателя
/>, (6.17)
Гдеαн — коэффициент подогрева воздуха; />.
Выбираетсяпо рис. 8-32 [1]
/> 0С.
6.15 Среднее превышение температурыобмотки якоря над температурой охлаждающей среды
/>; (6.18)
/>0С.
6.16 Превышение температуры наружнойповерхности катушки возбуждения над температурой воздуха внутри машины
/>; (6.19)
Гдеαв — коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки возбуждения />. Выбирается по рис. 8-31[1]
Sв — Наружная поверхность охлаждениякатушки обмотки возбуждения
/>, (6.20)
где /> – периметр охлаждениякатушки обмотки возбуждения; Находим по эскизу междуполюсного окна двигателя />м.
/>м2.
Получим
/> 0С.
6.17 Перепад температуры в изоляциикатушки обмотки возбуждения
/>, (6.21)
где /> – средняя ширина катушкиобмотки возбуждения.
/>0С.
6.18 Среднее превышение температурыобмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды
/>; (6.22)
/>0С.
6.19 Превышение температуры наружнойповерхности добавочного полюса над температурой воздуха внутри машины
/>; (6.23)
Гдеαд — коэффициент теплоотдачи с поверхности катушки обмоткидобавочных полюсов />. Выбирается порис. 8-31 [1]
Sд — поверхность охлаждения обмоткидобавочных полюсов
/>, (6.24)
/> м2.
/> — периметр охлаждения катушки обмотки добавочныхполюсов;
Находимпо эскизу междуполюсного окна двигателя /> м.
Получим
/>0С.
6.20 Перепад температуры в изоляциикатушки обмотки добавочного полюса
/>, (6.25)
где /> – средняя ширина катушкиобмотки добавочных полюсов.
/> 0С.
6.21 Среднее превышение температурыкатушки обмотки добавочных полюсов над температурой воздуха внутри машины
/>; (6.26)
/>0С.
6.22 Превышение температуры наружнойповерхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя
/>; (6.29)
Гдеαк — коэффициент теплоотдачи с поверхности коллектора />.
Выбираетсяпо рис. 8-33 [1]
Sк — площадь поверхности охлажденияколлектора
/>; (6.28)
/> м2.
Получим
/> 0С.
Такимобразом, превышения температуры обмотки якоря, обмотки возбуждения и коллектораниже предельно допустимых значений для класса нагревостойкости изоляции B. Для проводников обмотки добавочныхполюсов марки ПСД (класс изоляции F) среднее превышение температуры так же не превышает предельногодопускаемого значения.
7.Вентиляционный расчет
7.1 Необходимое количество охлаждающеговоздуха
/>, (7.1)
где /> – превышение температурывоздуха; />, оС.
/>; (7.2)
/> м3/с.
7.2Наружный диаметр центробежного вентилятора
/>, (7.3)
где /> – внутренний диаметрстанины.
/>(7.4)
/> м.
Получим
/> м.
7.3Окружная скорость вентилятора по внешнему диаметру
/>; (7.5)
/> м/с.
7.4Внутренний диаметр колеса вентилятора
/>; (7.6)
/>м.
7.5Окружная скорость вентилятора по внутреннему диаметру
/>; (7.7)
/> м/с.
7.6Ширина лопаток вентилятора
/>; (7.8)
/> м.
7.6Согласно рекомендации [1] число лопаток вентилятора определяется по формуле
/>; (7.9)
/>
Принимаемчисло лопаток вентилятора />.
7.7Давление вентилятора при холостом ходе составляет
/>, (7.10)
где /> – аэродинамический КПДрадиальных крыльев; />;
ρ– плотность воздуха при температуре 20оС; ρ=1.23 кг·м3.
/>Па.
7.8Максимально возможное количество воздуха в режиме короткого замыкания
/>; (7.11)
Где S2 — входное сечение вентилятора;
/>; (7.12)
/> м2.
Получим
/> м3/с.
7.9Аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы машины
/> [1] рис. 5-20
7.10Действительный расход воздуха
/>; (7.13)
/>
7.11Действительное давление вентилятора
/>; (7.14)
/> Па.
7.12 Мощность,потребляемая вентилятором
/>, (7.15)
где /> – энергетический КПДвентилятора; />. [1] стр. 373
/>Вт.
7.13Уточняем сумму потерь на трение в подшипниках и вентиляцию
/> (7.16)
/> Вт.
7.14Уточняем потери по (5.4) и (5.29)
/>;
/> Вт.
/>;
/> Вт.
7.15 Пересчитаем полезнуюмощность на валу двигателя по (5.28)
/>;
/>Вт.
7.16 УточняемКПД машины в номинальном режиме по (5.30)
/>;
/>.
Заключение
Входе курсового проектирования был спроектирован двигатель постоянного тока,отвечающий всем требованиям технического задания, имеющий следующие номинальныепараметры:
РН=36507,6 Вт;
UН= 440 В;
nН= 1000 об/мин;
МН=316,98Н.м.
Расчет включает следующие этапы:
1 Выбор главных размерови расчет параметров якоря
2 Расчет магнитнойсистемы машины постоянного тока
3 Расчет системывозбуждения
4 Оценка коммутационныхпараметров
5 Потери мощности ирабочие характеристики
6 Тепловой расчет
7 Вентиляционный расчет
При вышеперечисленныхрасчетах коэффициент полезного действия составил 0,905. Температурныепоказатели не превышают допустимых значений.
Расчетмашины произвел вручную. Сборочный чертеж, рисунки и эскизы выполнены в системекомпьютерного моделирования КОМПАС.
Список литературы
1. Бурковская Т.А.Проектирование электрических машин постоянного тока: Учеб. пособие. – Воронеж:Издательство «Научная книга», 2008.
2. Копылов, И.П., Проектирование электрических машин:учеб. для вузов/И. П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др.; под ред. И. П.Копылова.– М.: Энергия, 1980.
3. Проектированиеэлектрических машин: учебник для вузов / О.Д. Гольдберг, И.С. Свириденко; Подред. О.Д. Гольдберга. – Москва «Высшая школа», 1984.