Проект расчета электрической машины постоянного тока

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ДОНЕЦЬКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Электрические машины

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: Проект расчета электрической машины постоянного тока

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине Электрические машины

КП 09.0601-99-514.14.00.00. ПЗ

Выполнил: И.С. Стеценко

студент гр. ЭАПУ-97а

Проверил: профессор А.С Апухтин

Нормоконтролёр: А. А. Гусаров

Донецк, 1999 г

РЕФЕРАТ

Объектом разработок является двигатель постоянного тока номинальной мощностью 4,5 кВт, номинальным напряжением 220 В, номинальной частотой вращенья 1000 об/мин и степенью защиты IP44.

Цель работы - изучить устройство и принцип действия, а также зависимости между физическими величинами и геометрией машины, связи между отдельными физическими величинами, спроектировав двигатель постоянного тока.

Проектирование выполняется на основе опыта проектирования и испытания большого числа машин, множество геометрических параметров и значения физических величин, например, индукции в различных участках магнитной цепи машины, были приняты или рассчитаны на основе опытных зависимостей этих величин от частоты вращения, высоты оси вращения или степени защиты двигателя. Так как в основу проектирования был положен отдельный типоразмер электродвигателей единой серии 2П, то при расчёте были использованы некоторые справочные данные, характерные для этой серии.

В результате проектирования был рассчитан и разработан конструктивно двигатель постоянного тока, а также рассчитаны его рабочие характеристики, что позволяет судить о месте использования данного двигателя.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ НАГРУЗКИ, ОБМОТКА ЯКОРЯ, ПОТЕРИ, МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ, ОБМОТКА ВОЗБУЖДЕНИЯ, КОММУТАЦИЯ, КПД, КОНСТРУИРОВАНИЕ, МОЩНОСТЬ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Перечень условных обозначений

1. Выбор электромагнитных нагрузок и расчёт главных размеров
2. Выбор обмотки якоря
3. Расчёт геометрии зубцовой зоны
4. Расчёт обмотки якоря
5. Расчёт магнитной цепи
6. Расчёт параллельной обмотки возбуждения
7. Расчёт коллектора и щёток
8. Коммутационные параметры
9. Расчёт обмотки добавочных полюсов
10. Потери и КПД
11. Рабочие характеристики двигателя со стабилизирующей обмоткой
12. Рабочие характеристики двигателя без стабилизирующей обмотки
13. Тепловой расчёт
14. Вентиляционный расчёт

Вывод

Список использованной литературы

Приложение А. Сводные данные расчёта двигателя постоянного тока

Приложение В. Перечень замечаний нормконтролёра

ВВЕДЕНИЕ

Достоинствами двигателей постоянного тока являются хорошие пусковые свойства и возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне. Недостатками этих машин являются высокая стоимость, пониженная надёжность и сложность в изготовлении.

Соответственно их достоинством, двигатели получили распространение в станкостроении, в металлургической промышленности, также используются для привода подъёмных средств, в качестве тепловых двигателей привода транспортных средств, в качестве крановых двигателей.

Недостатки машин постоянного тока обусловлены коллекторно-щёточным узлом, который выполняет функцию преобразования переменного тока в постоянный и наоборот. Важными параметрами машин постоянного тока являются электромагнитные нагрузки, которые выбирают по опытным кривым, полученным в результате конструирования многих машин. Вхождение электромагнитных нагрузок в рекомендуемые пределы обеспечивает превышение температуры отдельных частей машины над температурой охлаждающей среды меньше предельно допустимого.

Метод расчёта машин постоянного тока основан на «магнитной постоянной», определяемой из допустимых электромагнитных нагрузок.

Машины постоянного тока серии 2П по сравнению с машинами других серий обладают радом преимуществ, а именно: повышенная нагрузочная способность, расширенный диапазон регулирования частоты вращения, улучшенные динамические свойства, уменьшенный шум и вибрация при работе, увеличенная надёжность и ресурс работы.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

двигатель электромагнитный ток

- коэффициент полезного действия

- диаметр якоря

- линейная нагрузка якоря

- расчётный коэффициент полюсного перекрытия

- магнитная индукция в воздушном зазоре

- длина якоря

- полюсное деление

- расчётная ширина полюсного наконечника

- число пазов якоря

- число коллекторных пластин

- число пар параллельных ветвей обмотки якоря

- номинальный ток якоря

- ток в параллельной ветви обмотки якоря

- число эффективных проводников

- зубцовое деление по наружному диаметру якоря

-число эффективных проводников

-число витков в обмотке якоря

- наружный диаметр коллектора

- окружная скорость коллектора

- коллекторное деление

- плотность тока в обмотке якоря

- сечение проводника

- результирующий шаг обмотки якоря

- первый частичный шаг обмотки якоря

- второй частичный шаг обмотки якоря

- шаг обмотки по коллектору

- ширина зубца

- коэффициент заполнения паза

- индукция в зубцах якоря

- больший радиус паза

- меньший радиус паза

- ширина шлица паза

- высота паза

- площадь паза в штампе

- площадь сечения пазовой изоляции

- односторонняя толщина пазовой изоляции

- площадь пазового клина

-площадь сечения паза, заполненная обмоткой

- площадь сечения паза

- коэффициент заполнения паза изолированными проводниками

- число элементарных проводников в одном эффективном проводнике

- высота спинки якоря

- внутренний диаметр якоря

- магнитная индукция в спинке якоря

- магнитный поток на полюс

- средняя длина полувитка обмотки якоря

- длина лобовой части

- сопротивление обмотки

- удельное сопротивление меди при рабочей температуре

- масса обмотки

- коэффициент рассеяния

- ширина выступа полюсного наконечника

- ширина сердечника главного полюса

- индукция в сердечнике главного полюса

- индукция в станине

- сечение станины

- длина станины

- высота станины

- внутренний диаметр станины

-наружный диаметр массивной станины

- воздушный зазор

-ЭДС якоря

-индукция в воздушном зазоре

- магнитное напряжение воздушного зазора

- магнитное напряжение зубцов якоря

- магнитное напряжение ярма якоря

- магнитное напряжение сердечника главного полюса

- магнитное напряжение станины

- суммарная МДС на полюс

- МДС обмотки возбуждения

- размагничивающее действие реакции якоря

-средняя длина витка обмотки возбуждения

- число витков обмотки возбуждения на полюс

- ток возбуждения

- длина обмотки возбуждения

- число щёток на болт

- активная длина коллектора

- реактивная ЭДС

- поток в сердечнике добавочного полюса

- сечение сердечника добавочного полюса

- число витков обмотки добавочного полюса

- длина полувитка обмотки добавочного полюса

- потребляемая мощность машины

- суммарные потери в машине

- МДС стабилизирующей обмотки

- номинальная мощность двигателя

-номинальный момент двигателя

- номинальная частота вращения двигателя

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ НАГРУЗОК И РАСЧЁТ ГЛАВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Расчётная электромагнитная мощность машины

кВт,

где - расчётный КПД из рис. 1.3 [1, с.8];

Вт - номинальная мощность двигателя.

Диаметр якоря

м,

где м - высота оси вращения;

м, из табл. 17.5 [3, с.307].

Выбираем электромагнитные нагрузки по рис. 1.1 [1, с.6]

А/м,

Тл,

,

где -[2, с. 341]

Расчётная длина якоря

м,

где об/мин.

Так как машина не имеет радиальных вентиляционных каналов, то .

Число полюсов

При м, при м, . Принимаем .

Полюсное деление

м.

Расчётная ширина полюсного наконечника

м.

. ВЫБОР ОБМОТКИ ЯКОРЯ

2.1 Выбор типа обмотки якоря связан с током якоря и числом главных полюсов, причём все типы проектируемых симметричных обмоток должны удовлетворять условиям симметрии

целые числа,

Ток якоря определяем, принимая ток в параллельной обмотке возбуждения согласно табл. 8.10 [2] равным ,

А,

где В - номинальная частота вращения.

Ток параллельной ветви

А.

По условиям коммутации, нагрева и технологии обмоточных работ А. Принимаем простую волновую обмотку.

Предварительное общее число эффективных проводников

.

Зубцовое деление по наружному диаметру якоря

Зубцовое деление в данном случае должно находится в пределах м [1.c.10]. Отсюда крайние значения чисел пазов якоря

,

.

Принимаем ;

м.

Число эффективных проводников в пазу

.

Принимаем , тогда

.

Так как дана машина малой мощности, то выбираем паз полузакрытый овальный.

Число коллекторных пластин для различных значений выбираем сравнивая три варианта:

,В131928,42624,514,239339,5

Так как В и - целое число только в третьем случаи, то выбираем третий вариант, обеспечивающий обмотку с , ,

и

Уточняем линейную токовую нагрузку

А/м.

Корректируем длину якоря

м.

.9 Наружный диаметр коллектора при полузакрытых пазах якоря

м.

Согласно с ГОСТ 19760-74 округлим полученный диаметр. Принимаем м.

Окружная скорость коллектора.

м/с.

Коллекторное деление

м.

Предварительное значение плотности тока в обмотке якоря

,

где - принимаем предварительно по рис.1 [1, с.6].

Предварительное сечение активного проводника

.

Рассчитываем шаги обмотки

по реальным пазам

,

,

.

по элементарным пазам

,

,

.

шаг по коллектору

.

Схема простой волновой обмотки приведена на рисунке 2.1

. РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИИ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ

Предварительная ширина зубца

м,

где Тл - по рекомендации табл. 3.1 [1 с.13].

Диаметр изолированного провода

По предварительному значению сечения провода используя табл.П-28 [2. с.470] выбираем провод у которого:

Поперечное сечение неизолированного провода ;

Среднее значение диаметра изолированного провода м;

Номинальный диаметр не изолированного провода м.

Размеры радиусов паза

больший радиус

м,

где м - ширина шлица [3, с.62].

меньший радиус

м,

где м - высота паза определяем по рис. 8-12 [2, с.344].

Расстояние

м.

Площадь паза в штампе

.

Площадь сечения пазовой изоляции

,

где м - по табл.3-15 [2. с98.].

Площадь пазового клина

.

Площадь сечения паза, заполненная обмоткой

.

Площадь сечения

,

где - находим из [2. С.345].

Так как площадь поперечного сечения паза примерно равна площади поперечного сечения обмотки , то значит проводник выбран верно.

Уточняем плотность тока

.

Высота спинки якоря

м,

где м.

Магнитная индукция в спинке якоря

Тл,

где Вб.

Из табл. 3.3 [1 с.14] видно, что полученное значение Тл меньше чем максимальное значение Тл.

Заносим данные по спецификации паза в табл. 3.1

Таблица 3.1 - Спецификация овального полузакрытого паза

Позиция Рис.3.1НазначениеМатериалКоличество слоёвОдносторонняя толщина изоляции, мм НаименованиеТолщина, мм1Пазовая изоляцияСтекломиканит гибкий0,410,42То жеСтеклоткань эскапоновая0,1810,183ПрокладкаСтекломиканит гибкий0,410,44То жеСтеклотекстолит0,510,55КлинСтеклотекстолит3--

Рисунок 3.1- Полузакрытые пазы овальной формы с параллельными сторонами зубцов

. РАСЧЁТ ОБМОТКИ ЯКОРЯ

Средняя длина полувитка секций обмотки якоря с овальными пазами

м,

где м - длина лобовой части [2 с.345].

Сопротивление обмотки якоря

Ом,

где Ом*м - по табл. 4-1 [2 c.111].

Масса меди обмоток

кг.

. РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Рисунок 5.1 - Магнитная цепь машины постоянного тока

Определение размеров магнитной цепи

Принимаем для сердечников главных полюсов:

Сталь марки 3411 толщиной , , , и м.

Ширина сердечника главного полюса

Индукция в сердечнике

Тл.

Полученное значение Тл допустимо [2 с.355].

Сечение станины

,

где Тл - индукция в станине из массивной стали [2 с.355].

Длина станины

м.

Высота станины

м.

Внутренний диаметр станины

м,

где учитывает, помимо двух зазоров, наличие стальных прокладок между главным полюсом и станиной, предназначенных для регулирования воздушного зазора;

м - определяется из рис. 8-24 [2 с.355].

Наружный диаметр массивной станины

м.

Полученное значение м сопоставимо по размерам с максимальным значением

м,

так как погрешность не превышает 5%. Значит принимаем м.

Определение средней длины магнитных линий

Воздушный зазор согласно [2 с.349] принимаем

м.

Коэффициент воздушного зазора

.

Расчётная длина воздушного зазора

м.

Зубцы якоря

м.

Спинка якоря

м.

Сердечник главного полюса

м.

Зазор между главным полюсом и станиной

м.

Станина

м.

Расчётные сечения магнитной цепи

Сечение воздушного зазора

.

Длина стали якоря

.

Минимальное сечение зубцов якоря

.

Сечение спинки якоря

.

Сечение сердечника главного полюса

.

Сечение станины .

Индукция в расчётных сечениях магнитной цепи

Предварительное значение ЭДС якоря

В,

где - по табл. 8-10 [2 с.340].

Магнитный поток на полюс

Вб.

Индукция в воздушном зазоре

Тл.

Индукция в расчётных сечениях зубцов якоря

Тл.

Индукция в спинке якоря

Тл.

Индукция в сердечнике главного полюса

Тл.

Для стали 3411 допустимое значение Тл.

Индукция в воздушном зазоре между главным полюсом и станиной

Тл.

Индукция в станине

Тл.

Магнитные напряжения отдельных участков магнитной цепи

Магнитное напряжение воздушного зазора

А.

Коэффициент вытеснения потока

.

Магнитное напряжение зубцов якоря

А,

где -определяем по таблице П-20 для стали 2312 [2 с.462 ]

Магнитное напряжение ярма якоря

А,

где -определяем по таблице П-19 для стали 2312 [2 с.462 ].

Магнитное напряжение сердечника главного полюса

А,

где -определяем по таблице П-27 для стали 3411 [2 с.465 ]

Таблица 5.1 - Расчёт характеристики намагничивания машины

Расчётная величинаРасчётная ФормулаЕд. вел0,50,750,91,01,111,15ЭДСВ105157188209230240Магнитный потокВб0,00560,00840,010,01120,01230,0129Магнитная индукция в воздушном зазореТл0,350,520,620,690,760,8Магнитное напряжение воздушного зазораА46869582892210151069Магнитная индукция в зубцах якоряТл0,821,241,471,651,811,9Напряжение магнитного поля в зубцах якоряА/м3026381040165028004160Магнитное напряжение зубцовА61220325480Магнитная индукция в спинке якоряТл0,420,640,760,850,930,98Напряжение магнитного поля в спинке якоряА/м93141180212243265Магнитное напряжение ярма якоряА46891011Магнитная индукция главного полюсаТл0,510,770,911,021,121,18Напряжение магнитного поля в сердечнике главного полюсаА/м75100135180230260Магнитное напряжение сердечника главного полюсаА3457910Магнитное напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станинойА276416492552606638Магнитная индукция в станинеТл0,691,031,221,371,511,58Напряжение магнитного поля в станинеА/м5749691340192029903830Магнитное напряжение в станинеА5797134192298382Сумма магнитных напряжений всех участков цепиА81412301487171419922190Сумма магнитных напряжений участков переходного слояА47871385696310791160

Магнитное напряжение воздушного зазора между главным полюсом и станиной

А.

Магнитное напряжение станины

А,

где -определяем по таблице П-25 для стали Ст3 [2 с.465 ]

Суммарная МДС на полюс

Аналогичным образом производим расчёт для потоков равных 0,5; 0,75; 0,9; 1,1; 1,15 номинального значения. Результаты расчёта сводим в табл. 5.1.

. РАСЧЁТ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Магнитодвижущая сила обмотки параллельного или независимого возбуждения, приходящаяся на один полюс некомпенсированного двигателя

А,

где А - находим из рис. 5.1;

А .

Т.о. .

Определяем среднюю длину витка обмотки

где м - ширина катушки [3 с.98];

м - радиус закругления катушки [3 с.98].

Сечение меди параллельной обмотки возбуждения

,

Принимаем по табл. 8.20 [2] круглый провод ПЭТВ;

По табл.П-28 [2. с.470] выбираем провод у которого:

Поперечное сечение неизолированного провода ;

Среднее значение диаметра изолированного провода ;

Номинальный диаметр не изолированного провода .

Номинальную плотность тока принимаем для двигателя степени защиты IP44.

Число витков на полюс

.

Определяем номинальный ток возбуждения

А.

Плотность тока в обмотке

.

Полная длина обмотки

м.

Сопротивление обмотки возбуждения при

Ом.

Сопротивление обмотки возбуждения при

Ом.

Масса меди параллельной обмотки

7. РАСЧЁТ КОЛЛЕКТОРА И ЩЁТОК

Длина рабочей поверхности коллектора рассчитывается с учётом возможности правильного расположения щёток на одном щёточном болте.

Определяющим при выборе щёток является площадь щёточного контакта и ширина щёток. Последняя предварительно рассчитывается в зависимости от коллекторного деления

м.

Принимаем щётку по табл. П-34 [2]:

Ширина щётки м;

Длина щётки м;

Марка щётки - ЭГ-14 (табл. П-35 [2]).

По условиям коммутации ширина щётки не должна превышать значения

м.

Поверхность соприкосновения щётки с коллектором

.

Число щёток на болт

,

где - допустимая плотность тока из табл. П-35 [2].

Принимаем .

Поверхность соприкосновения всех щёток с коллектором

.

Плотность тока по щёткам

.

Активная длина коллектора

м.

. КОММУТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Ширина зоны коммутации

Проверка условия

,

Полученное отношение удовлетворяет условию

.

Коэффициент магнитной проводимости для овальных полузакрытых пазов

где м.

Реактивная ЭДС

Воздушный зазор под добавочным полюсом принимаем

м.

Расчётная длина воздушного зазора под добавочным полюсом

м,

.

Средняя индукция в воздушном зазоре под добавочным полюсом

Тл.

Расчётная ширина наконечника добавочного полюса

;

м.

Действительная ширина наконечника добавочного полюса

м.

Магнитный поток добавочного полюса в воздушном зазоре

Вб.

Выбираем коэффициент рассеяния добавочного полюса [3 c.111] и определяем магнитный поток в сердечнике добавочного полюса

Вб.

Сечение сердечника добавочного полюса

.

Расчётная индукция в сердечнике добавочного полюса

Тл.

Полученное значение не превышает допустимого значения равного Тл.

Расчёт магнитной цепи добавочных полюсов сведён в табл. 8.1

Таблица 8.1 - Расчёт магнитодвижущей силы обмотки добавочных полюсов

Расчётная величинаРасчётная формулаЕдиницы величиныЧисленное значениеМагнитный поток в воздушном зазореВбМагнитная индукция в воздушном зазореТл0,4Магнитное напряжение воздушного зазораА784Магнитная индукция в зубцах якоряТл0,96Напряжённость магнитного поля в зубцах якоряА/м379Магнитное напряжение зубцовА7,3Магнитное напряжение в спинке ярма якоря: С согласным направлением магнитного потока С встречным направлением магнитного потока

Тл

Тл0,75

0,38Напряженность магнитного поля: на участке с индукцией Вj1; на участке с индукцией Вj2; средняя напряжённость магнитного поля в ярме

А/м

А/м

А/м176

50Магнитное напряжение якоряА2Магнитный поток добавочного полюсаВбМагнитная инд. добавочного полюсаТл0,9Напряжение магнитного поля в сердечнике добавочного полюсаА/м130Магнитное напряжение сердечника главного полюсаА0,3Магнитное напряжение воздушного зазора между станиной и доб. полюсомА144Магнитная индукция в станине: на участке согласного направления магнитных потоков; на участке встречного направления магнитных потоков.

Тл

Тл1,55

1,19Напряженность магнитного поля в станине

А/м

А/м

А/м3420

1075,5Магнитное напряжение участка станиныА107,3Сумма магнитных напряжений всех участковА1045МДС обмотки добавочного полюсаА1909

. РАСЧЁТ ОБМОТКИ ДОБАВОЧНЫХ ПОЛЮСОВ

Число витков обмотки добавочного полюса на один полюс

.

Предварительное сечение провода

где -плотность тока согласно [2 с.359]

Принимаем проводник обмотки добавочных полюсов из прямоугольного провода без изоляции (голая шинная медь) согласно рекомендациям табл. 8-20 [2] с однослойной намоткой меди на ребро.

Размеры провода мм, сердечника .

Средняя длина витка обмотки добавочного полюса

где м - ширина катушки [3 с.98];

м - радиус закругления катушки;

м - длина сердечника.

Полная длина проводников обмотки

м.

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при

Ом.

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при

Ом.

Масса меди обмотки добавочных полюсов

. ПОТЕРИ И КПД

Электрические потери в обмотке якоря

Вт.

.2 Электрические потери в обмотке добавочных полюсов

Вт.

Электрические потери в параллельной обмотке возбуждения

Вт

Электрические потери в переходном контакте щёток на коллекторе

Вт,

где В - падение напряжения в переходном контакте щёток.

Потери на трение щёток о коллектор по (8.110) из [2]

Вт.

Потери в подшипниках и на вентиляцию по рис. 8.30 [2].

Вт.

Масса стали ярма якоря

Масса стали зубцов якоря с овальными пазами.

Магнитные потери в ярме якоря

Вт,

Вт .

Магнитные потери в зубцах якоря

Вт,

Вт .

Добавочные потери

Вт.

Сумма потерь

Потребляемая мощность

Вт.

Потребляемый ток

А.

Коэффициент полезного действия

.

11. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ СО СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ОБМОТКОЙ

МДС стабилизирующей обмоткой

А.

.

Принимаем плотность тока в проводниках стабилизирующей обмотки такую же, как в параллельной обмотке возбуждения

.

Определим сечение обмоточного провода

.

Принимаем проводник обмотки из прямоугольного провода согласно рекомендациям табл. 8-20 [2]. Размеры провода , сечение .

Длина витка стабилизирующей обмотки

.

Полная длина стабилизирующей обмотки

м.

Сопротивление стабилизирующей обмотки при

Ом.

Сопротивление стабилизирующей обмотки при

Ом.

ЭДС якоря при номинальной нагрузке

Магнитный поток в воздушном зазоре при номинальной нагрузке

Вб.

Индукция в зазоре машины

Тл.

По характеристике холостого хода определяем

А.

МДС обмотки возбуждения

А.

Номинальный ток возбуждения

А.

Результаты расчётов выполненных по п. 11.1-11.12 сведём в таблицу 11.1.

Таблица 11.1 - результаты расчёта рабочих характеристик двигателя со стабилизирующей обмоткой

ПараметрЕд. велФормулы, рисунок, пунктПараметры при К0,10,250,50,751,01,251,5А2,456,12512,2518,37524,530,62536,75ВП. 11.8216212,8208202,8197,7192,6187,6А5,6142842567084А5,814,52943,55872,587А1568,21568,515691569,515701570,51571ВбПо рис. 5.20,01030,010350,01040,01050,01060,01070,0108об/мин11281105107510381003968934Вт867169430144356569870408382Вт527129825383711474558746866Вт30303030303030Вт190200202204206208210Вт0,553,4413,75315586124Вт298106522923446445455506502Вт569629722910124414901880%34,4617679807978Нм2,59,220,431,742,454,866,5А3,857,52513,6519,77525,932,02538,15

. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ БЕЗ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ОБМОТКИ

ЭДС якоря при номинальной нагрузке

Магнитный поток в воздушном зазоре при номинальной нагрузке

Вб.

Индукция в зазоре машины

Тл.

По характеристике холостого хода определяем

А.

МДС обмотки возбуждения

А.

Определим сечение меди параллельной обмотки возбуждения

.

Принимаем по табл. 8-20 [2] круглый провод ПЭТВ, по табл. П-28 [2] диаметр голого провода м, диаметр изолированного провода м, сечение .

Число витков на полюс

.

Номинальный ток возбуждения

А.

Результаты расчётов выполненных по п. 12.1-12.8 сведём в таблицу 12.1.

Таблица 12.1 - результаты расчёта рабочих характеристик двигателя без стабилизирующей обмотки

ПараметрЕд. велФормулы, рисунки, пунктПараметры при К0,10,250,50,751,01,251,5А2,456,12512,2518,37524,530,62536,75ВП. 12.1216213208203198193188А5,6142842567084А1595,6160416181632164616601674ВбПо рис. 5.20,01110,0110,01090,01080,01070,01060,0104об/мин

972Вт867169430144356569870408382Вт534131525693761489159596965Вт

30Вт214212210208206204202Вт0,553,4413,75315586124Вт

6609Вт583619732914116414841872%

78Нм

,5

,2

,4

,7

,4

,8

66,5А3,857,52513,6519,77525,932,02538,15

Рисунок 12.1 - Рабочие характеристики двигателя постоянного тока

со стабилизирующей обмоткой

без стабилизирующей обмотки

Номинальные данные двигателя по его рабочим характеристикам

; ; ; ; ; .

Рисунок 12.2 - Эскиз межполюсного окна двигателя (пунктиром показаны поверхности охлаждения обмоток главных и добавочных полюсов)

Рисунок 12.3 - Коллекторная пластина

. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

Задача теплового расчёта - определение превышения температуры отдельных частей машин.

Для приближённой оценки тепловой напряжённости машины необходимо сопротивления обмоток привести к температуре, соответствующей классу нагревостойкости В, при этом сопротивления умножаются на коэффициент .

Расчётные сопротивления обмоток

Ом,

Ом,

Ом.

Потери в обмотках

А,

А,

А.

Превышение температуры в изоляции пазовой части обмотки якоря

где - поверхность охлаждения пазовой части обмотки якоря, которая находится по формуле

- эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции;

- эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции секции из круглого провода.

Расчёт бандажа

Выбираем бандаж из стеклоленты ЛСБ шириной:

м для якоря;

м для вылетов.

Количеством бандажных канавок - 3 шт.

Превышение температуры охлаждаемой поверхности лобовых частей обмотки якоря

,

где - коэффициент теплоотдачи по рис. 8-32 [2];

- поверхность охлаждения наружной поверхности лобовых частей обмотки якоря, которая находится по формуле

,

где - длина вылета лобовой части обмотки якоря при .

Расчёт перепада температуры охлаждаемой поверхности якоря

.

Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки

где - периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения лобовой части, для овального полузакрытого паза

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха

Сумма потерь, отводимых охлаждающим внутренний объём воздухом

Вт.

Условная поверхность охлаждения двигателя

.

Среднее повышение температуры воздуха внутри двигателя

,

где - коэффициент подогрева воздуха по рис. 8-32 [2].

Среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающей среды

Наружная поверхность охлаждения катушки обмотки возбуждения

Превышение температуры наружной поверхности катушки возбуждения над температурой воздуха внутри машины

,

где определяется согласно [2, с.368];

- коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки возбуждения по рис. 8-31 [2].

Перепад температуры в изоляции катушки

Среднее превышение температуры обмотки возбуждения над температурой охлаждающей среды

Превышение температуры наружной поверхности добавочного полюса над температурой воздуха внутри машины

.

Перепад температуры в изоляции катушки добавочного полюса

Среднее превышение температуры обмотки добавочных полюсов над температурой охлаждающей среды

.

Превышение температуры наружной поверхности коллектора над температурой воздуха внутри двигателя

где - коэффициент теплоотдачи с поверхности коллектора по рис. 8-33 [2].

. ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЁТ

Необходимое количество охлаждающего воздуха

где - превышение температуры воздуха.

Принимаем наружный диаметр центробежного вентилятора равным приблизительно

м.

Окружная скорость вентилятора по наружному диаметру

.

Внутренний диаметр колеса вентилятора

м.

Окружная скорость вентилятора по внутреннему диаметру

.

Ширина лопаток вентилятора

м.

Число лопаток

.

Давление вентилятора при холостом ходе (х.х.)

.

Где - аэродинамический КПД вентилятора в режиме х.х.

Максимально возможное количество воздуха в режиме короткого замыкания (к.з.)

,

где .

Аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы машины по рис. 5-20 [2]

.

Действительный расход воздуха

.

Действительное давление вентилятора

.

Мощность потребляемая вентилятором

,

где - энергетический КПД вентилятора.

ВЫВОД

Итак, спроектирован двигатель постоянного тока с мощностью 4,5 кВт, степенью защиты IP44. Двигатель с такой степенью защиты предназначен для работы в не очень пыльных помещениях; машина защищена также от попадания в неё капель, падающих под углом менее .

Тепловой расчёт показал, что температуры перегрева отдельных частей машины близки к предельно допустимым, что говорит о хорошем использовании машины.

Серийно изготовляемый двигатель по основным показателям мало отличается от спроектированного.

Конструктивные особенности спроектированного двигателя: коллектор арочного типа, одна щётка на болт, крепление обмотки якоря бандажом, осевой вентилятор, коробка выводов размещена сверху. Для повышения надёжности и механической прочности машины станина выполняется длинной и подшипниковые щиты небольшими.

Станина выполняется сварной из листовой стали, причём сварной шов расположен по линии главных полюсов, чтобы не препятствовать замыканию магнитного потока.

В обмотке, секции каждой параллельной ветви равномерно расположены под всеми полюсами машины, поэтому магнитная нессиметрия не влечёт за собой неравенства ЭДС в параллельных ветвях, так как она одинаково влияет на все параллельные ветви обмотки, в связи с этим уравнительные соединения не нужны.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания по курсовому проекту «Расчёт двигателя постоянного тока». - Донецк.: ДПИ, 1989.
2. Проектирование электрических машин: Учеб. Пособие для вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др.; Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергия, 1980. - 496 с.
3. Морозов Г.А. Расчёт электрических машин постоянного тока. -М.: Высш. шк., 1977 -224 с.
4. Тембель П.В., Геращенко Г.В. Справочник по обмоточным данным электрических машин и аппаратов. 3-е изд., перераб. -Киев: Техника. 1981.- 481 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

СВОДНЫЕ ДАННЫЕ РАСЧЁТА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Номинальные данные машины

; ; ; ; ; .

Основные геометрические данные и размеры

якоря: ; ; ; ; ; ; ; ;

коллектора, щёток ; ; ; ; ;

марки щёток ЭГ-14; ; ; ;

полюсов ; ; ;

Обмотка якоря: размеры провода ; марка провода ПЭТСО; ; ; ; ; размер паза .

Данные обмоток полюсов

Тип обмоткиЧисло витков на полюсРазмеры проводаМарка проводаПлотность токаВозбужденияПЭТВДобавочных полюсовГолая шинная медь

Электромагнитные нагрузки

; ; ; ; ; ; ; ;

Потери при номинальной нагрузке

Вид потерьВтПроцент к сумме потерьВ обмотке якоря37532В обмотке добавочных полюсов14412В обмотке возбуждения33028В контакте щёток504,2На трение щёток201,6В подшипниках и вентиляторе100,8В ярме якоря807В зубцах якоря12611Добавочные потери554,6

Среднее превышение температуры отдельных частей машины над охлаждающим воздухом

обмотки якоря ;

добавочных полюсов ;

обмотки возбуждения ;

поверхности коллектора .

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ДОНЕЦЬКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Электрические машины

Больше работ по теме: